KR101058208B1 - 무선 센서네트워크에서 에너지 비용 분석방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 무선 센서네트워크에서 에너지 비용 분석방법에 관한 것으로, (a) 제1에너지 소비방안에서 단일경로 라우팅 및 다중경로 라우팅으로 인한 라우팅 패킷의 송신 및 수신에너지 비용 산출 단계, (b) 제1에너지 소비방안에서 단일경로 라우팅 및 다중경로 라우팅으로 인한 데이터 패킷 헤더의 송신 및 수신에너지 비용 산출 단계, (c) 제2에너지 소비방안에서 단일경로 라우팅 및 다중경로 라우팅으로 인한 라우팅 패킷의 송신 및 수신에너지 비용 산출 단계, (d) 제2에너지 소비방안에서 단일경로 라우팅 및 다중경로 라우팅으로 인한 데이터 패킷 헤더의 송신 및 수신에너지 비용 산출 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 노드 밀집도, 링크 실패율, 다중경로의 수 및 에너지 소비에 대한 전송 환경의 영향을 이용하는 기본 라우팅 모델 및 네트워크 모델에서 두 개의 에너지 소비 구조를 통하여 단일경로 라우팅과 다중경로 라우팅의 에너지 소비 오버헤드를 비교분석함으로써 에너지 소비 효율이 좋은 무선센서 네트워크를 설계하는데 가이드라인이 될 수 있도록 하는 무선 센서네트워크에서 에너지 비용 분석방법을 제공할 수 있다.

Description

무선 센서네트워크에서 에너지 비용 분석방법{Method for analysis of energy-tax in wireless sensor networks}
본 발명은 무선 센서네트워크에서 에너지 비용 분석방법에 관한 것으로, 상세하게는 무선 센서 네트워크에서의 단일경로 라우팅과 다중경로 라우팅의 에너지 소비를 비교하고 분석하는 무선 센서네트워크에서 에너지 비용 분석방법에 관한 것이다.
산업용 전자 기기 및 가전 제품 등을 무선으로 서로 연결하여 제어할 수 있게 하는 무선 네트워킹 기술은 손쉬운 기기 제어를 가능하게 하고 기기 운용상 유지 비용을 획기적으로 줄일 수 있다는 측면에서 유선 네트워킹에 비해 많은 이득을 가져왔다.
특히, RF 송수신기와 센서의 결합은 산업 현장에서 전자 기기의 초기 설치와 운용 측면에서 비용과 시간을 줄여줌으로써 에너지 효율적이고 전송 지연이 적은 다양한 무선 센서 네트워크용 프로토콜 기술들을 발전하게 하였다.
무선 센서 네트워크의 통신 프로토콜 설계에서 에너지 최소화는 1차적인 설계 목적이지만, 신뢰성(reliability), 처리량(throughput), 보안(security) 및 동 적 토폴로지(dynamic topology)로의 적응성(adaptivity)과 같은 2차적인 특징들 역시 특정 애플리케이션의 요구조건들을 충족시키기 위해 또한 중요하다고 할 수 있다.
최근 무선 센서 네트워크(wireless sensor networks; WSN)에서의 다중경로 라우팅 분야에 대한 연구 관심이 크게 증대되면서 많은 애플리케이션에 다중경로 라우팅 이용이 계속 되어 왔다. 이는 다중경로 라우팅이 향상된 견고함, 신뢰성, 종단간 처리량(end-to-end throughput) 및 보안 등을 제공할 수 있는 가능성이 있기 때문이다.
아울러, 다중경로 라우팅에서 다중경로를 사용하는 방법이 다를지라도, 소스노드에서 싱크노드까지 각각의 다중경로의 생성 및 다중경로 라우팅에서의 경로들의 유지는 단일경로 라우팅에서의 경로 유지보다 더 많은 에너지가 소모된다는 것은 직관적으로 알 수 있을 것이다.
종래의 무선 센서 네트워크에서는 에너지 소비, 네트워크 라이프 타임 및 에너지와 QoS 간의 상반관계에 대한 연구가 되었다.
하지만, 하지만 종래의 연구들은 단일경로 라우팅과 다중경로 라우팅 또는 센서 네트워크에서의 다른 다중경로 실용 방안에 대한 에너지 소비에 대한 분석적인 결과를 제공하지 못하는 문제점이 있었다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 노드 밀집도, 링크 실패율, 다중경로의 수 및 에너지 소비에 대한 전송 환경의 영향을 이용하는 기본 라우팅 모델 및 네트워크 모델에서 두 개의 에너지 소비 구조를 통하여 단일경로 라우팅과 다중경로 라우팅의 에너지 소비 오버헤드를 비교분석함으로써 에너지 소비 효율이 좋은 무선센서 네트워크를 설계하는데 가이드라인이 될 수 있도록 하는 무선 센서네트워크에서 에너지 비용 분석방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 무선 센서네트워크에서 에너지 비용 분석방법은 (a) 노드가 주기적으로 리스닝을 수행하는 제1에너지 소비방안에서 단일경로 라우팅 및 다중경로 라우팅으로 인한 라우팅 패킷의 송신 및 수신에너지 비용 산출 단계, (b) 노드가 주기적으로 리스닝을 수행하는 제1에너지 소비방안에서 단일경로 라우팅 및 다중경로 라우팅으로 인한 데이터 패킷 헤더의 송신 및 수신에너지 비용 산출 단계, (c) 노드가 선택적으로 웨이크업을 수행하는 제2에너지 소비방안에서 단일경로 라우팅 및 다중경로 라우팅으로 인한 라우팅 패킷의 송신 및 수신에너지 비용 산출 단계, (d) 노드가 선택적으로 웨이크업을 수행하는 제2에너지 소비방안에서 단일경로 라우팅 및 다중경로 라우팅으로 인한 데이터 패킷 헤더의 송신 및 수신에너지 비용 산출 단계 및 (e) 상기 (a) 단계 내지 (d) 단계에서 각각 산출된 송신 및 수신에너지 비용 정보를 사용자가 비교분석할 수 있도록 디스플레 이에 표시하는 단계를 포함한다.
(a) 단계에서 단일경로 라우팅으로 인한 라우팅 패킷의 송신 및 수신 에너지 비용는
Figure 112009063603641-pat00001
에 의해 산출되고, 여기서,
Figure 112009063603641-pat00002
은 제1에너지 소비방안에서 단일경로 라우팅로 인한 라우팅 패킷의 송신 및 수신에너지, etx는 송신시의 에너지소비, rs는 단일경로 라우팅의 경로 발견비율, N은 센서노드의 개수, Lreq는 RREQ 패킷의 사이즈, hs는 단일경로 라우팅 경로의 홉의 개수, Lrep는 RREP 패킷의 사이즈, f는 링크 실패율, C는 노드당 능동 연결의 개수, he는 소스노드에서 실패된 링크의 홉길이, Lerr은 RERR 패킷의 사이즈, ere는 수신시의 에너지소비, n은 노드의 통신범위 내에 있는 센서의 개수이며, 다중경로 라우팅으로 인한 라우팅 패킷의 송신 및 수신 에너지는
Figure 112009063603641-pat00003
에 의해 산출되고, 여기서,
Figure 112009063603641-pat00004
은 제1에너지 소비방안에서 다중경로 라우팅으로 인한 라우팅 패킷의 송신 및 수신에너지, rm은 다중경로 라우팅 경로의 경로 발견비율, hm은 다중경로 라우팅 경로의 홉의 개수, P는 다중경로 라우팅에 의해 확립된 경로의 개수일 수 있다.
(b) 단계에서 단일경로 라우팅으로 인한 데이터 패킷 헤더의 송신 및 수신에너지 비용는
Figure 112009063603641-pat00005
에 의해 산출되고, 여기서,
Figure 112009063603641-pat00006
은 제1에너지 소비방안에서 단일경로 라우팅으로 인한 데이터 헤더 패킷의 송신 및 수신에너지, Lhdr은 헤더 패킷 사이즈, T는 목적 싱크노드까지의 경로를 찾는데 걸리는 시간, q는 다음 홉까지 패킷을 성공적으로 전송하도록 요청받는 송신시도 횟수, Es[q]는 단일경로 라우팅에서의 하나의 홉에서 데이터 패킷 송신 횟수의 예상수이며, 다중경로 라우팅으로 인한 데이터 패킷 헤더의 송신 및 수신에너지 비용는
Figure 112009063603641-pat00007
에 의해 산출되고, 여기서,
Figure 112009063603641-pat00008
은 제1에너지 소비방안에서 다중경로 라우팅으로 인한 데이터 헤더 패킷의 송신 및 수신에너지, Em[q]는 다중경로 라우팅에서의 하나의 홉에서 데이터 패킷 송신 횟수의 예상수일 수 있다.
(c) 단계는 단일경로 라우팅으로 인한 라우팅 패킷의 송신 및 수신에너지 비용는
Figure 112009063603641-pat00009
에 의해 산출되고, 여기서,
Figure 112009063603641-pat00010
은 제2에너지 소비방안에서 단일경로 라우팅으로 인한 라우팅 패킷의 송신 및 수신에너지이며, 다중경로 라우팅으로 인한 라우팅 패킷의 송신 및 수신에너지 비용는,
Figure 112009063603641-pat00011
에 의해 산출되고, 여기서,
Figure 112009063603641-pat00012
은 제2에너지 소비방안에서 다중경로 라우팅으로 인한 라우팅 패킷의 송신 및 수신에너지일 수 있다.
(d) 단계는 단일경로 라우팅으로 인한 데이터 패킷 헤더의 송신 및 수신에너지 비용는
Figure 112009063603641-pat00013
에 의해 산출되고, 여기서,
Figure 112009063603641-pat00014
은 제2에너지 소비방안에서 단일경로 라우팅으로 인한 데이터 헤더 패킷의 송신 및 수신에너지, E[q]는 하나의 홉에서 데이터 패킷 송신 횟수의 예상수이며, 다중경로 라우팅으로 인한 데이터 패킷 헤더의 송신 및 수신에너지 비용는
Figure 112009063603641-pat00015
에 의해 산출되고, 여기서,
Figure 112009063603641-pat00016
은 제2에너지 소비방안에서 다중경로 라우팅으로 인한 데이터 헤더 패킷의 송신 및 수신에너지일 수 있다.
본 발명에 따르면, 노드 밀집도, 링크 실패율, 다중경로의 수 및 에너지 소비에 대한 전송 환경의 영향을 이용하는 기본 라우팅 모델 및 네트워크 모델에서 두 개의 에너지 소비 구조를 통하여 단일경로 라우팅과 다중경로 라우팅의 에너지 소비 오버헤드를 비교분석함으로써 에너지 소비 효율이 좋은 무선센서 네트워크를 설계하는데 가이드라인이 될 수 있도록 하는 무선 센서네트워크에서 에너지 비용 분석방법을 제공할 수 있다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 센서네트워크에서 경로 검색 과정을 나타낸 예시도이다.
간단한 라우팅 모델은 도 1에 나타낸 바와 같이, 기본적인 애드혹(ad hoc)의 주문형 거리 벡터 프로토콜에 기반하고, 무선 센서 네트워크(wireless sensor network; WSN)를 위해 존재하는 많은 라우팅 프로토콜과 일치하게 놓여 있다.
여기에서 만들어진 주요한 변경은 목적노드로부터의 라우팅 응답 패킷의 응답 방법이고, 이러한 방법은 다음과 같이 수행된다.
소스노드(100)가 송신할 데이터가 있으면, 데이터 전달용 목적노드인 싱크노드(sink node; 500)에 대한 경로가 필요하다.
이때, 만약 경로가 사용가능하지 않다면, 경로 요청 메시지(route request message; RREQ) 패킷(110)을 방송한다. 이 RREQ 패킷(110)은 소스 아이디와 패킷을 고유하게 식별하는 시퀀스 넘버를 포함한다.
이 메시지를 받은 각각의 중간노드(node; 300) 들은 이 RREQ 패킷(110)을 다시 방송한다.
여기서, 중간노드(300)들이 목적지의 경로 정보를 가지고 있다고 해도 경로 응답 패킷(route reply packet; RREP)(510)을 소스노드(100)로 돌려보내는 것은 허용되지 않는다. 왜냐하면, 이러한 경우에 싱크노드(100)는 가능한 경로 정보를 알지 못할 것이고, 이것은 요구받은 다중경로를 설정하는 것이 가능하지 않기 때문이다.
결국, RREQ 패킷(110)은 싱크노드(500)에 의해서 수신이 된다.
단일경로 라우팅(single-path routing; SPR)의 경우, 싱크노드(500)는 첫 번째 RREQ 패킷(110)에만 응답을 하고, 나머지들은 버린다.
그러나, 특정 라우팅 프로토콜 정책에 기반한 다중경로 라우팅(multi-path routing; MPR)의 경우, 싱크노드(500)는 P(P>1)회의 경로 응답 패킷(510)을 응답하고, 소스노드(100)는 모든 RREP(510) 들을 수신받을 때 소스노드(100)와 싱크노드(500) 사이의 다중경로가 설정된다.
도 1에서는 P1 과 P2의 두 개의 경로가 설정된 것을 알 수 있다.
아울러, 소스노드(100)와 싱크노드(500) 사이에서 링크(link)가 실패할 때 프로토콜은 그 링크를 사용하는 능동적 경로에만 영향을 주고, 링크가 능동적 경로에 의해 사용되지 않는다면 어떠한 절차 행위도 트리거(trigger) 하지 않는다.
그러나, 능동적 세션에 포함되어 있는 노드가 링크의 실패를 검출한다면, 실패한 링크에 대하여 그 전조 노드(precursor node)에 알리기 위한 임의의 경로 에러 패킷(route error; RERR) 패킷을 방송한다.
이러한 경로 실패 정보는 이것이 소스노드(100)에 도착할 때까지 뒤로 전달된다.
그러면, 소스노드(100)는 이용가능한 대체 경로의 사용을 시도하려고 경로 발견 절차를 처음부터 다시 할 것이다. 또한, RERR 패킷을 수신한 각각의 중간노드(300) 들은 라우팅 테이블을 적절하게 업데이트 한다.
한편, 라우팅을 매우 간단하게 만드는 이유는, 종종 네트워크 성능이 다른 레벨의 프로토콜 오버헤드(overhead) 또는 다른 레벨의 프로토콜 복잡성과 비교되기 때문이다. 이러한 오버헤드는 일반적으로 특정 요구 또는 그 운영환경에 적용하는 결과이다.
그리고, 높은 레벨의 오버헤드 또는 복잡도가 추가될수록, 프로토콜은 일반적으로 더욱 적용이 잘되고, 더 나은 성능을 발휘한다. 그러므로, 베이스라인 모델은 가장 낮은 레벨의 복잡도를 가지고 시작할 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시에에 따른 무선 센서네트워크에서 센서노드 에너지 소비 방안을 나타낸 예시도이다.
이어서, WSN의 센서노드에서 소비되는 두 개의 다른 에너지 소비 방안(scheme)에 대해서 소개하고, 분석적 분석(analytical analysis)에 설명되는 네트워크 모델을 소개한다.
상술한 두 개의 에너지 소비 방안을 이용하여, 경로 설정과 데이터 전달을 위한 하나의 단위시간 내에서 에너지 비용(energy tax)의 총량을 계산한다.
일반적으로, 센서노드 에너지는 센싱 작업 수행, 원시데이터 처리 및 자기노드 및 다른 노드에서의 제어 및 데이터 패킷을 송수신하는데 소비된다.
대부분의 센서노드에서는 무선 송수신기들이 에너지소비의 대부분을 차지하므로, 본 발명에서는 통신모듈에 의해 에너지가 소비되는 것에 초점을 맞추며, 데이터 프로세싱, 센싱 또는 채널 획득 등의 다른 모듈에 의해 에너지가 소비되는 것은 무시한다.
본 발명의 일실시예에 따른 에너지 소비방안은 로컬 센서가 어떠한 현상/이벤트를 검출하면, 노드는 슬립 상태에서 액티브 송신 상태로 변경하는 제1에너지 소비방안인 주기적 리스닝(periodic listening; PL) 방안과 제2에너지 소비방안인 선택적 웨이크업 에너지 소비(selective wake-up energy consumption; SW) 방안이다.
PL은 도 2a에 나타낸 바와 같이, 송신(transmit), 수신(receive), 슬립(sleep) 및 리슨(listen)의 4개의 가능한 에너지 소비 상태를 갖는다.
따라서, 송신기 회로가 온(on), 즉 노드가 액티브 모드(active mode)일 때, 노드 에너지는 데이터 및 제어 패킷의 송신과 수신 동작으로 소비된다. 이로서, 패킷의 송수신이 끝나면, 노드는 슬립 상태로 스위칭된다.
이 상태에서, 무선장비는 오프(off) 상태로 유지되므로, 에너지 소비는 없게 된다. 그러나, 센서와 다른 저전력 회로는 온 되어있을 수 있기 때문에 매우 적은 에너지 소비는 있을 것이다.
이어서, 슬립 상태 동안, 노드는 주기적으로 짧은 시간 동안 웨이크업 되어 다른 노드들이 자기에게 그들의 패킷을 보내기 원하는지를 체크하기 위해 리스닝을 수행한다. 그리고, 이러한 것들이 없으면 다시 슬립 상태로 돌아간다.
한편, 체크 결과 패킷을 받을 것이 있게 되면, 노드는 아이들 모드(idle mode)에서 능동 수신 상태로 변경되어서 패킷을 수신하게 된다.
SW는 도 2b에 나타낸 바와 같이, 원격에서 활성화되는 스위치의 출현으로 센서 무선장비가 대부분의 시간을 슬립 할 수 있도록 하고, 센서가 데이터 패킷을 수신 또는 송신할 필요가 있을 때 정확하게 깨울 수 있도록 한다.
예를 들어, 노드 아이디 같은 페이징 순서가 지정된 RF 신호를 RAS 장비를 갖춘 수신노드에 보냄으로써 수신노드가 웨이크 업 되는 것이다. 이렇게 함으로써 리스닝으로 인한 불필요한 에너지 소비를 제거할 수 있으며, RAS 및 RF 송신기의 유지에 매우 적은 양의 에너지를 소모한다는 것이다.
이어서, 상술한 두 가지 방안을 사용하여 에너지 소비를 분석하기 위해, 수 신 및 송신시의 에너지 소비를 ere J/b 와 etx J/b로 각각 가정한다. 여기서, J/b는 joule/bit를 나타낸다.
따라서, 반경 d의 이웃을 커버하는 노드의 송신에너지는 수식 1과 같다.
Figure 112009063603641-pat00017
여기서, etx는 송신시의 에너지소비, d는 센서노드의 통신 범위, ete 는 송신기에 필요한 비트당 에너지, eta 는 하나의 단위거리를 넘어서 한 비트를 전송하는 송신 앰프의 에너지 소비, α(1.6 ≤ α ≤ 6) 는 무선 주파수 환경에 따른 경로 손실 인자이다.
Figure 112009063603641-pat00018
보다 거리가 가까운 모든 노드를 위해 에너지 요건은 etx[min] J/b에서 상수이다. 참고로, 이러한 매개변수의 전형적인 값은 α = 4 일 때 ete = 50 nJ/b, ere = 50 nJ/b, eta = 0.0013 nJ/b/m4 이다.
따라서, 이러한 무선 송수신기 모델에서 리스닝과 수신 사이의 차이점은 없다.
본 발명에 따른 에너지 분석을 위한 관심영역으로서, 싱크노드 및 많은 소규모 무선 센서노드로 이루어진 네트워크를 구성한다.
예를 들어, N개의 센서노드가 ρ의 밀도를 가지고 균일하게 분산되고, 각 센서노드의 통신 범위는 d로서 동일하고, 원형이라고 가정을 한다.
그러므로, 센서의 통신범위 내의 노드의 개수는 n = πd2ρ와 같이 산출된다. 그리고, 단일경로(single path)와 다중경로(multi path)의 평균 길이는 각각 hs 와 hm 홉이고, 명백하게는 hm ≥ hs 이다(여기서, hs는 단일경로 라우팅과 경로의 홉의 개수, hm은 다중경로 라우팅 경로의 홉의 개수).
또한, 두 노드 사이의 통신 링크는 이동성(mobility), 블록 페이딩(block fading), 장애물(obstacle)의 존재 등으로 인해서 랜덤하고 비동기적일 것이라고 가정한다.
그리고, 각각의 링크는 실패율 f를 가지는데, 즉 하나의 링크는 평균 1/f 초의 평균 라이프타임(lifetime)을 가진다.
덧붙여, he 는 소스노드에서 링크 실패가 발생한 노드까지의 평균 경로 길이 즉, 소스노드에서 실패된 링크의 홉길이 라고 가정한다. 게다가, 노드마다의 능동 연결의 개수는 C로 나타낸다. P 는 각각의 소스노드 - 싱크노드 쌍의 다른 경로의 수 즉, 다중경로 라우팅에 의해 확립된 경로의 개수를 나타낸다. T 는 목적노드인 싱크노드까지의 경로를 찾는데 걸리는 시간을 의미한다.
이어서, 본 발명에 따른 PL 방안에서 라우팅 패킷에 기반한 에너지 비용는 경로 설정 단계에서, 모든 노드가 라우팅 절차에 참여하고, 모든 라우팅 패킷이 방송되는, 즉 재전송이 없다는 것을 고려할 때 라우팅 패킷으로 인한 에너지 소비 오버헤드는 다음과 같다.
RREQ와 RREP 패킷들에 의한 에너지 오버헤드는 주로 경로 생성 빈도수에 따라 달라지는데, rs 와 rm를 단일경로 라우팅 과 다중경로 라우팅의 N 노드들에서 각각 방송되는 RREQ 패킷의 비율 즉, 단일경로 라우팅과 다중경로 라우팅 경로의 경로 발견비율로 나타낸다. 이들은 rs = fhs 와 rm = fhm 와 같이 링크 실패율(f)과 관련이 있다는 것을 알 수 있다.
그러므로, RREQ 패킷에 의해 생성되는 송신 에너지 오버헤드는 단일경로 라우팅 과 다중경로 라우팅에서 각각 {etx × Lreq}rsN2 와 {etx × Lreq}rmN2 줄(Joules)이 된다.
비슷하게, RREQ 패킷에 의한 수신 에너지 오버헤드는 단일경로 라우팅 과 다중경로 라우팅 에서 각각 {ere × Lreq}rsN2(n - 1)2 과 {ere × Lreq}rmN2(n - 1)2 줄이 된다. 여기서, 여기서, N은 센서 노드의 갯수, Lreq는 RREQ 패킷의 사이즈, n은 노드의 통신범위 내에 있는 센서의 개수이다.
두 가지 라우팅 패러다임은 RREQ 패킷에 의하여 거의 동일한 에너지 오버헤드를 유발한다는 것을 주목해야 한다.
그러나, RREP 패킷을 보면, 목적 노드는 단일경로 라우팅 에서 단 하나의 RREQ 에 대해서만 응답을 하고, 이에 상응하는 RREP 패킷은 소스노드로 다시 돌아가기 위해 hs 홉을 따른다.
한편, 다중경로 라우팅의 경우, 목적 노드는 P RREP 패킷을 소스노드로 돌려 보낸다.
그러므로, RREP 패킷에 의해 생성되는 송신 에너지 오버헤드는 단일경로 라우팅 과 다중경로 라우팅 에서 각각 {etx × Lrep}rshsN 와 {etx × Lrep}rmhmNP 줄로 계산된다. 여기서, Lrep 는 RREP 패킷의 사이즈이다.
비슷하게, RREP 패킷에 의한 수신 에너지 오버헤드는 단일경로 라우팅 과 다중경로 라우팅 에서 각각 {ere × Lrep}rshsN(n - 1) 와 {ere × Lrep}rmhmN (n - 1)P 줄로 계산된다.
능동 노드에 의해 링크 파손이 검출될 때마다 에러패킷이 생성되어 소스로 돌려보내지기 때문에 RERR 패킷에 의한 에너지 오버헤드는 링크 실패율(f)에 의해 크게 영향을 받으므로 단일경로 라우팅 과 다중경로 라우팅 에서 각 노드의 경로 실패율은 각각 fhsC 와 fhmC 에 의해 알 수 있다.
따라서, N 노드 네트워크에서, RERR 패킷에 의한 송신 에너지 오버헤드의 평균 양은 단일경로 라우팅 와 다중경로 라우팅 에서 각각 {etx × Lerr}fhsCNhe 와 {etx × Lerr}fhmCNheP 줄로 계산된다.
비슷하게, RERR 패킷에 의한 수신 에너지 오버헤드는 각각 {ere × Lerr}fhsCNhe(n - 1) 와 {ere × Lerr}fhmCNhe(n - 1)P 줄로 계산된다.
상술한 모든 에너지 소비를 요약하면, 수식 2와 수식 3에서의 라우팅 패킷으로 인한 에너지 비용의 총량을 나타낼 수 있다.
Figure 112009063603641-pat00019
Figure 112009063603641-pat00020
아울러, 특정 네트워크에서 변수 Lreq, Lrep, Lerr 들이 상수를 가진다는 가정하에 단순화시킨다. 특히, 소규모 네트워크 용의 단일경로 라우팅, 다중경로 라우팅에 의해 유발되는 에너지 비용는 차이가 매우 적으므로, hs, hm, he, C를 생략할 수 있다.
이어서, 수식 2, 수식 3으로부터 다음과 같은 에너지 비용 스켈링 법 칙(scaling law)을 알 수 있다.
첫 번째로는 다중경로 라우팅 에서 에너지 소비 오버헤드는 그 단일경로 라우팅 과 비교할 때 인자 P에 의해 급격히 증가한다.
두 번째로는 두 개의 라우팅 메커니즘에서, 에너지 소비 오버헤드는 N에 의해 지수함수적으로 증가하고, rs 또는 rm 같은 경로 발견율에 의해 선형적으로 증가한다.
세 번째로는 n이 증가함에 따라 그리고 노드밀도 ρ의 증가에 의하거나 전송범위 d에 의해서도 수신 에너지 오버헤드는 지수함수적으로 증가하고, 어떤 시점에서는 전송 에너지 오버헤드와 교차할 것이다.
그리고, 데이터가 송신되는 동안 발생하는 에너지 소비 오버헤드는 헤더 같은 데이터 패킷의 오버헤드 부분으로부터 기인한다.
이 경우에 라우팅 패킷과 달리, 패킷은 충돌 또는 링크 에러로 인한 단일 송신 시도에서 다음 홉 노드까지 성공적으로 도착할 수 없을 것이라 생각할 수 있다.
아울러, 링크 레이어 자동 재전송 요구(Automatic Repeat Request; ARQ) 메커니즘은 각각의 센서노드에 적용되고, 최대 재시도 한도는 t로 설정하는 것으로 생각한다.
모든 t 송신 시도가 실패한다면, 노드는 패킷을 드롭한다.
이어서, 노드 i 의 송신시도가 성공적으로 수행될 확률을
Figure 112009063603641-pat00021
로 놓았다.
한정된 횟수만큼의 반복 시도에서 최초 성공의 확률분포는 기하학적인 랜덤 으로 마무리된다.
q는 다음 홉까지 패킷을 성공적으로 전송하도록 요청받는 송신시도 횟수를 나타낸다.
그레서, 수식 4와 같이 노드의 송신시도는 성공적이다 라는 조건하에 q의 조건부 확률질량함수 (pmf)를 얻는다.
Figure 112009063603641-pat00022
그리고, 기하급수 방정식을 사용하여, 하나의 홉에서 데이터 패킷 송신 회수의 예상수를 수식 5 와 같이 찾을 수 있다.
Figure 112009063603641-pat00023
이것은 단일경로 라우팅에서의 E[q] 값 및 이전의 시뮬레이션 작업에서 보여진 결과 값에서 주장하려는 다중경로 라우팅3 값보다 클 것이다.
구별을 위해서, 하나의 홉에서 데이터 패킷 송신 횟수의 예상 수를 나타내기 위해 단일경로 라우팅 와 다중경로 라우팅 에 대해 각각 Es[q] 와 Em[q]로 표기한다.
한번 경로 확립이 완성되면 각각의 소스센서 노드는, 초당 λ패킷의 비율로 데이터 패킷이 전송되는 것을 고려한다.
따라서, 경로 발견율이 rs 이고 각각의 경로 발견에는 평균 T초가 걸리기 때문에 데이터 전송을 위한 실제 시간은 (1/rs - T)이고, 이에 따라, 데이터 패킷은 평균 λrs(1/rs - T)의 비율로 보내진다.
그러므로, N 노드 네트워크에서, 단일경로 라우팅에서의 데이터 패킷 헤더를 위한 송신과 수신 에너지 오버헤드는 수식 6과 같이 계산된다.
Figure 112009063603641-pat00024
소스노드들은 단 하나의 경로로 데이터 패킷을 계속 송신하고, 최초 경로가 실패하였을 때만 대체 경로를 사용한다면, 상술한 바와 비슷한 방법으로, 다중경로 라우팅에서의 데이터 패킷 헤더를 위한 에너지 오버헤드의 총량은 수식 7과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112009063603641-pat00025
수식 6과 수식 7을 비교하면, 경로 발견율과 예상된 송신 개수를 제외하고, 데이터 패킷으로 인해 단일경로 라우팅과 다중경로 라우팅에 소비되는 에너지 비용 사이에는 차이점은 없다는 것을 알 수 있다.
사실, rs 와 비교할 때 rm 의 정확한 값은 어떠한 다중경로 사용 전략을 선택하느냐에 따라 달라지고, 이것은 어떤 라우팅이 더 에너지 효율적인지를 결정한다.
다중경로 사용 전략에 의해서 확립 국면이 완료된 후에 소스노드가 경로들을 어떻게 사용하는지 알 수 있다.
첫 번째이고 가장 많이 사용되는 카테고리는 내결함성(fault tolerance)을 위한 다중경로 라우팅 (다중경로 라우팅-FT)인데, 여기서, 소스노드는 데이터를 전달할 때 단 한 번의 경로만을 사용하고, 최초 경로가 실패하였을 때 대체 경로를 선택한다.
이 경우에, 경로 발견은 모든 이용 가능한 경로가 실패로 될 때마다 초기화된다.
그러므로, 다중경로 라우팅-FT에서 평균 경로 발견율은 rs/P ≤ rm ≤ rs 로 된다.
두 번째 카테고리는 엔드 투 엔드 처리량(end-to-end throughput)이나 신뢰성(reliability)을 최대화하기 위한 다중경로 라우팅 (다중경로 라우팅-TR) 인데, 여기서, 소스노드들은 이용가능한 경로로 트래픽을 분할하거나 다른 경로로 중복 패킷을 보낸다.
여기서, 프로토콜은 그들을 동시에 사용하는 것이 필요하기 때문에 하나의 경로에서 실패하면 경로 발견 절차를 시작한다.
그러므로, 경로 생성률은 단일경로 라우팅에서와 같이 rm = rs 이다.
한편, 상술한 바와 같이, SW 방안을 사용하여 생기는 주요한 이익은 오버히어링에 의해 유발된 에너지 소비의 감소에 의해 에너지가 절약되는 것이다.
이 방안에서는 전달 노드만이 송신을 리슨하고 있다.
그러므로, 하나의 홉에서의 에너지 소비는 하나의 송신과 하나의 수신으로부터 생긴다.
예를 들어, RREP 와 RERR 패킷들은 경로의 상류 방향을 향하여 보내지는데, 이에 따라 각각의 홉에서 하나의 송신과 하나의 수신으로 인한 에너지를 소비한다.
그러나, 경로 요청 패킷의 범람이 있는 동안 모든 노드는 경로 발견 절차에 참여하여야 하므로, 리스닝으로 인한 에너지가 많이 소비된다.
그래서, 수식 2와 3은 SW 방안을 위하여 수식 8과 수식 9로 각각 다시 쓰여질 수 있다.
Figure 112009063603641-pat00026
Figure 112009063603641-pat00027
같은 이유로, SW 방안에서 단일경로 라우팅 과 다중경로 라우팅 용의 데이터 패킷 헤더에 인한 에너지 비용의 총량은 수식 6과 수식 7은 수식 10과 수식 11로 각각 다시 쓰여질 수 있다.
Figure 112009063603641-pat00028
Figure 112009063603641-pat00029
수식 2와 수식 8을 비교하면, 라우팅 패킷으로 인한 송신 에너지 비용은 PL 과 SW 방안에서 동일하다는 것을 알 수 있다. 그러나, 노드 밀도 ρ가 증가함에 따라, PL 방안에서의 수신 에너지 비용이 SW 방안에서보다 약간 빠른 속도로 증가한다.
이러한 이유는 ρ가 증가할 때 리스닝 에너지가 대부분을 차지하기 때문이다. 그러므로, SW 방안의 사용은 다른 스케일링 법칙에 앞선다.
그리고, 리스닝으로 인한 제로 에너지 오버헤드를 갖기 때문에, SW 방안은 데이터 트래픽을 위한 에너지 소비에서 PL 방안 보다 더 많은 이익을 가져온다.
수식 6과 10, 또는 수식 7과 11을 비교하면, 스케일링 법칙에서의 앞서 언급한 차이점을 알게 된다.
이어서, 분석에 사용된 rs, rm, hs, hm, C 파라미터들의 값을 결정하는 과정에 대해 알아보자.
다중경로 라우팅 방안의 경로 생성률은 단일경로 라우팅 에서 보다 매우 적게 나타나는데, 다중경로 라우팅에서의 이러한 감소는 목적지 싱크노드까지의 모든 경로가 실패 또는 깨질 때만 경로 검색이 시작되는 반면, 단일경로 라우팅에서는 단일경로만 파손되더라도 경로 검색이 시작되기 때문이다.
링크의 라이프타임은 독립적이고, 유일하게 분포된 평균 1/f을 갖는 지수 랜덤 변수라고 가정한다.
그 경로에서 무선 링크 중의 하나가 중단될 때 경로 실패하기 때문에 h 개의 무선 링크로 구성된 경로의 라이프타임은 또한, 1/fh를 갖는 지수적으로 분포된 랜덤 변수이다.
Xi를 경로 i 에 대한 이 랜덤 변수로 나타내고, Tr 을 연속적인 경로 검색들 사이의 시간으로 나타내자.
그러므로, T의 확률 밀도 함수는 수식 12와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112009063603641-pat00030
Tr의 예상 값은 기지의 링크 실패율과 경로의 홉 향 길이에 의해 수식 12로부터 도출될 수 있으며, 이것은 차례로 rs 와 rm 값을 제공한다.
밀집된 네트워크에 대해, 단일경로 라우팅 경로에서 홉의 평균 개수
Figure 112009063603641-pat00031
에 의해 계산될 수 있다. 여기서,
Figure 112009063603641-pat00032
는 목적지 싱크로부터 센서노드의 평균거리이다.
이 경우 단일경로 라우팅 경로의 형태는 대부분 소스노드에서 싱크노드까지 직선이다.
그리고, 노드 밀도 ρ가 감소함에 따라, hs 의 값은 증가할 것이다. 그러나, 다중경로 라우팅 경로의 평균 경로 길이는 hm > hs 이다.
hm 값은 노드 밀도와 채택된 다중경로 라우팅 프로토콜의 정책에 의해 결정되는데, 공정한 평가를 위해서 최악의 상황을 고려하여 hm = 2hs 로 설정한다.
마찬가지로, 소스노드로부터 실패된 링크의 평균 홉 길이는 단일경로 라우팅 과 다중경로 라우팅 에 대해 각각 he = hs/2 와 he = hm/2로 주어진다.
노드에 의해 유지되는 능동적 연결 C의 개수는 싱크노드로부터 그것의 상대적 위치에 의존한다. 싱크노드에 더 가까이 있는 노드들은 멀리 있는 노드보다 더 능동적 연결을 유지해야 한다.
이하에서는 수치적인 결과를 통해 상술한 에너지 스켈링 법칙을 확인하고, 단일경로 라우팅 과 다중경로 라우팅, PL 과 SW 방안, 다중경로 라우팅-FT 와 다중경로 라우팅-TR 전략 사이의 성능을 비교한다.
참고로, 산출된 송신 및 수신에너지 비용 정보는 사용자가 비교분석할 수 있도록 디스플레이에 표시될 수 있으며, 비교분석된 결과 또한 디스플레이에 표시될 수 있다.
수치적인 결과를 위해, 120 × 120m 영역의 네트워크를 고려하는데, 여기서, 센서노드는 랜덤하게 분포된다.
전 영역의 센싱 범위를 확실하게 하기 위해 20미터의 센싱 반경을 가지는 적어도 25개의 노드가 요구된다.
달리 지정하지 않는 한 다중경로 라우팅-FT 는 다중경로 사용 전략으로 사용되는데, 파라미터들의 기본 값은 표 1에 나타낸다.
Figure 112009063603641-pat00033
도 3은 경로 발견 및 유지로 인한 에너지 비용에서의 노드 밀도의 영향을 나타낸 그래프이다.
다른 노드의 밀도를 위해, 제1에너지 소비방안인 PL 과 제2에너지 소비방안인 SW 방안에서의 라우팅 패킷에 의한 상응하는 에너지 비용를 그리기 위해서 도 3은 각각 단일경로 라우팅 에 대해 수식 2와 수식 8을 사용하고, 다중경로 라우팅 에 대해 수식 3과 수식 9를 사용한다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 라우팅 패킷에 대해 PL 과 SW 방안에서 소비되는 에너지 비용의 차이는 미미하다. 이것은 모든 노드가 그 방안들의 상관없는 경로 발견 절차에 참여해야만 하기 때문이다.
또한, 최소 노드 밀도에서, 전송과 수신 에너지 비용은 거의 동일하다는 것을 알 수 있다.
그러나, 노드 밀도 ρ가 증가함에 따라 전송을 오버히어 하는 이웃 노드들의 개수 또한 증가하는데, 이것은 차례로 수신 에너지 비용의 기하급수적 증가를 가져온다.
그러므로, 라우팅 패킷에 대해 수신 에너지 비용은 WSN에서 전송 에너지 비용보다 크거나 같다. 여기서, 센싱 범위에 요구되는 노드 밀도는 적어도 최소 레벨을 유지해야만 한다.
도 4는 에너지 비용에서의 경로 발견율의 영향을 나타낸 그래프이다.
도 3과 같이 도 4는, 다른 경로 발견율을 위한 에너지 비용를 그리기 위해 같은 수식을 사용한다.
도 4의 그래프로부터, 경로 발견율이 증가함에 따라 에너지 비용가 선형적으로 증가한다는 것을 알 수 있다. 그리고, PL과 SW 방안에서 수신 에너지 비용들 사이의 갭은 매우 낮지만, 높은 경로 발견율에서는 그 갭이 조금씩 넓어진다.
이것은 PL 방안에서 RREP와 RERR 패킷으로 인해 리스닝 에너지 비용을 증가시키기 때문이다. 다시 말해서, 수신 에너지 비용은 단일경로 라우팅과 다중경로 라우팅에서 전송 에너지 비용보다 매우 크다.
도 4a, b의 Y축을 비교하면, 다중경로 라우팅에서의 에너지 비용가 단일경로 라우팅에서의 거의 절반이라는 것을 알 수 있다. 이것은 다중경로 라우팅에서 감소된 경로 발견율에 기인한다.
도 5는 경로 발견 및 유지로 인한 에너지 비용에서의 경로 손실인자와 경로 개수의 영향을 나타낸 그래프이다.
도 5a와 도 5b에서 변화하는 경로 손실 지수 α와 다중경로의 개수 P에 대해 PL 방안에서 단일경로 라우팅 과 다중경로 라우팅에 의한 에너지 비용 비용을 각각 나타낼 수 있다.
여기서, 그 최소값으로 노드 밀도를 지정할 수 있다.
그래서, 도 5a에서 경로 손실 지수 값 4, 5 부근에서 교차점을 찾을 수 있고, 그 이상 값에서는 전송 에너지 비용이 수신 에너지 비용보다 더 크게 된다.
만약 α가 더 증가하면, 전송 에너지 비용은 매우 높은 값으로 오를 것이고, 이것은 수신 에너지 비용과 비교할 수 없을 만큼 크게 된다.
이것은 수식 1에 나타낸 것처럼, dα의 차수에서 전송 에너지의 지수적 증가 때문이다. 다른 한편으로는, α ≤ 4.0 같이 전송 환경의 질이 그렇게 나쁘지 않으면, 전송 에너지 비용은 이것의 대응물 보다 휠씬 적게 된다.
이론적으로 예상한 것처럼, 경로 검색률은 다중경로 라우팅-FT 에서 다중경로의 개수가 증가함에 따라 감소하는데, 이것은 차례로 라우팅 패킷에 대한 단위 시간 에너지 비용을 감소시킨다. 도 5b의 그래프는 이러한 결과를 나타낸다.
그러나, 이 경우, 각각의 경로 확립의 비용은 상당히 증가하게 되므로 4보다 더 큰 경로의 수는 에너지 비용에서 더 추가의 감소를 얻을 수 없다.
도 6은 데이터 트래픽으로 인한 에너지 비용를 나타낸 그래프이다.
다른 노드 밀도와 성공적인 전송 확률을 위해 도 6은 PL 과 SW 방안에서 단일경로 라우팅에 의한 에너지 비용 비용을 나타내기 위해 수식 6과 수식 10을 각각 사용한다.
도 6a 의 그래프는 PL 방안에서의 데이터 트래픽에 기인하는 에너지 비용가 SW 방안에서보다 더 크고, 그 갭은 5배의 증가가 관찰될 만큼 높은 노드 밀도에서 상당히 넓어진다.
그러므로, SW 방안 사용은 특히 높은 노드 밀도에서의 에너지 소비에서 실질적인 감소를 가져온다. 이것은 리스닝 에너지 양의 증가가 원인인 것이다.
수식 5가 나타내는 것처럼, 각 홉에서의 전송 시도의 개수는 성공적인 전송 확률이 감소할 때 증가하는데, 이것은 차례로 전송 및 리스닝 에너지 비용을 증가시킨다.
도 6b 의 그래프는 에너지 비용와 동일한 경향을 따른다.
리스닝 에너지 비용의 막대한 양을 감소시킬 수 있기 때문에 SW 방안은 PL 방안보다 더 적은 에너지 비용를 체험한다는 것을 알 수 있다.
도 7은 에너지 비용에서의 다중 유틸리티 전략의 영향을 나타낸 그래프이다.
도 7은 PL 방안에서의 데이터 트래픽으로 인한 단일경로 라우팅, 다중경로 라우팅-FT 및 다중경로 라우팅-TR에 의한 에너지 비용 비용을 나타내기 위해 수식 6과 수식 7을 이용한다.
도 7a에서 다중경로 라우팅-FT가 단일경로 라우팅에 비해 에너지 비용에서 상당한 감소를 얻는다는 것을 알 수 있고, 이것은 다중경로 라우팅-FT에서 감소된 경로 검색율에 주로 기인한다.
이론적으로 예상한 것과 같이, 또한 다중경로 라우팅-TR은 단일경로 라우팅 보다 단위 시간당 더 많은 에너지 비용를 소비해야한다는 것을 알 수 있다.
그러나, 상술한 바와 같이 그 증가량은 하나의 홉에서 각 패킷 전송의 예상 개수가 감소 될 가능성이 있기 때문에 그렇게 높지 않다.
도 7b에서, 변화하는 성공적인 전송 확률에 대해 그 에너지 비용 소비의 다른 전략 사이에서 비슷한 비교 관계를 알 수 있다.
다중경로 라우팅-TR 전략에 의한 에너지 비용 비용의 추가적인 양은 처리량 또는 신뢰성 달성에 실제적으로 보상된다.
이러한 주기적 메시지로 인한 파워 소비가 단일경로 라우팅 과 다중경로 라우팅에서 같으므로, 우리의 분석이 HELLO 메시지를 고려하지 않는다는 사실에 주목하자.
분석이 어느 특정 다중경로 라우팅 프로토콜에 대해 정확하지 않다고, 오히려 일반적인 라우팅 모델을 기반으로 하는데, 이것은 WSN에서 다중경로 라우팅의 방법론에 어떠한 제한을 부과하지 않는다는 사실을 또한 주목하자.
그러므로, 이것은 네트워킹 프로토콜의 확장 클래스의 분석을 위한 기초에 사용될 수 있다.
또한, 분석에 사용된 기술은 로컬 경로 복구, 확률적인 범람, 라우팅 캐시 및 백업 경로에 대한 단일경로 라우팅 및 다중경로 라우팅 라우팅의 구체적인 개선에 적용될 수도 있는데, 이것은 이 발명의 범위 밖의 것이다.
이상의 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 제시하여 설명하였으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경할 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 센서네트워크에서 경로 검색 과정을 나타낸 예시도,
도 2는 본 발명의 일실시에에 따른 무선 센서네트워크에서 센서노드 에너지 소비 방안을 나타낸 예시도,
도 3은 경로 발견 및 유지로 인한 에너지 비용에서의 노드 밀도의 영향을 나타낸 그래프,
도 4는 에너지 비용에서의 경로 발견율의 영향을 나타낸 그래프,
도 5는 경로 발견 및 유지로 인한 에너지 비용에서의 경로 손실인자와 경로 개수의 영향을 나타낸 그래프,
도 6은 데이터 트래픽으로 인한 에너지 비용를 나타낸 그래프,
도 7은 에너지 비용에서의 다중 유틸리티 전략의 영향을 나타낸 그래프이다.

Claims (5)

  1. (a) 노드가 주기적으로 리스닝을 수행하는 제1에너지 소비방안에서 단일경로 라우팅 및 다중경로 라우팅으로 인한 라우팅 패킷의 송신 및 수신에너지 비용 산출 단계;
    (b) 노드가 주기적으로 리스닝을 수행하는 제1에너지 소비방안에서 단일경로 라우팅 및 다중경로 라우팅으로 인한 데이터 패킷 헤더의 송신 및 수신에너지 비용 산출 단계;
    (c) 노드가 선택적으로 웨이크업을 수행하는 제2에너지 소비방안에서 단일경로 라우팅 및 다중경로 라우팅으로 인한 라우팅 패킷의 송신 및 수신에너지 비용 산출 단계;
    (d) 노드가 선택적으로 웨이크업을 수행하는 제2에너지 소비방안에서 단일경로 라우팅 및 다중경로 라우팅으로 인한 데이터 패킷 헤더의 송신 및 수신에너지 비용 산출 단계 및
    (e) 상기 (a) 단계 내지 (d) 단계에서 각각 산출된 송신 및 수신에너지 비용 정보를 사용자가 비교분석할 수 있도록 디스플레이에 표시하는 단계
    를 포함하는 무선 센서네트워크에서 에너지 비용 분석방법.
  2. 제1항에 있어서, (a) 단계에서
    단일경로 라우팅으로 인한 라우팅 패킷의 송신 및 수신 에너지 비용는
    Figure 112009063603641-pat00034
    에 의해 산출되고, 여기서,
    Figure 112009063603641-pat00035
    은 제1에너지 소비방안에서 단일경로 라우팅로 인한 라우팅 패킷의 송신 및 수신에너지, etx는 송신시의 에너지소비, rs는 단일경로 라우팅의 경로 발견비율, N은 센서노드의 개수, Lreq는 RREQ 패킷의 사이즈, hs는 단일경로 라우팅 경로의 홉의 개수, Lrep는 RREP 패킷의 사이즈, f는 링크 실패율, C는 노드당 능동 연결의 개수, he는 소스노드에서 실패된 링크의 홉길이, Lerr은 RERR 패킷의 사이즈, ere는 수신시의 에너지소비, n은 노드의 통신범위 내에 있는 센서의 개수이며, 다중경로 라우팅으로 인한 라우팅 패킷의 송신 및 수신 에너지 비용는
    Figure 112009063603641-pat00036
    에 의해 산출되고, 여기서,
    Figure 112009063603641-pat00037
    은 제1에너지 소비방안에서 다중경로 라우팅으로 인한 라우팅 패킷의 송신 및 수신에너지, rm은 다중경로 라우팅 경로의 경로 발견비율, hm은 다중경로 라우팅 경로의 홉의 개수, P는 다중경로 라우팅에 의해 확립된 경로의 개수인 것을 특징으로 하는 무선 센서네트워크에서 에너지 비용 분석방법.
  3. 제2항에 있어서, (b) 단계에서
    단일경로 라우팅으로 인한 데이터 패킷 헤더의 송신 및 수신에너지 비용는
    Figure 112011035940388-pat00038
    에 의해 산출되고, 여기서,
    Figure 112011035940388-pat00039
    은 제1에너지 소비방안에서 단일경로 라우팅으로 인한 데이터 헤더 패킷의 송신 및 수신에너지, λ는 초당 전송되는 패킷수, Lhdr은 헤더 패킷 사이즈, T는 목적 싱크노드까지의 경로를 찾는데 걸리는 시간, q는 다음 홉까지 패킷을 성공적으로 전송하도록 요청받는 송신시도 횟수, Es[q]는 단일경로 라우팅에서의 하나의 홉에서 데이터 패킷 송신 횟수의 예상수이며, 다중경로 라우팅으로 인한 데이터 패킷 헤더의 송신 및 수신에너지 비용는
    Figure 112011035940388-pat00040
    에 의해 산출되고, 여기서,
    Figure 112011035940388-pat00041
    은 제1에너지 소비방안에서 다중경로 라우팅으로 인한 데이터 헤더 패킷의 송신 및 수신에너지, Em[q]는 다중경로 라우팅에서의 하나의 홉에서 데이터 패킷 송신 횟수의 예상수인 것을 특징으로 하는 무선 센서네트워크에서 에너지 비용 분석방법.
  4. 제3항에 있어서, (c) 단계는
    단일경로 라우팅으로 인한 라우팅 패킷의 송신 및 수신에너지 비용는
    Figure 112011035940388-pat00042
    에 의해 산출되고, 여기서,
    Figure 112011035940388-pat00043
    은 제2에너지 소비방안에서 단일경로 라우팅으로 인한 라우팅 패킷의 송신 및 수신에너지이며, 다중경로 라우팅으로 인한 라우팅 패킷의 송신 및 수신에너지 비용는,
    Figure 112011035940388-pat00044
    에 의해 산출되고, 여기서,
    Figure 112011035940388-pat00045
    은 제2에너지 소비방안에서 다중경로 라우팅으로 인한 라우팅 패킷의 송신 및 수신에너지인 것을 특징으로 하는 무선 센서네트워크에서 에너지 비용 분석방법.
  5. 제4항에 있어서, (d) 단계는
    단일경로 라우팅으로 인한 데이터 패킷 헤더의 송신 및 수신에너지 비용는
    Figure 112011035940388-pat00046
    에 의해 산출되고, 여기서,
    Figure 112011035940388-pat00047
    은 제2에너지 소비방안에서 단일경로 라우팅으로 인한 데이터 헤더 패킷의 송신 및 수신에너지, E[q]는 하나의 홉에서 데이터 패킷 송신 횟수의 예상수이며, 다중경로 라우팅으로 인한 데이터 패킷 헤더의 송신 및 수신에너지 비용는
    Figure 112011035940388-pat00048
    에 의해 산출되고, 여기서,
    Figure 112011035940388-pat00049
    은 제2에너지 소비방안에서 다중경로 라우팅으로 인한 데이터 헤더 패킷의 송신 및 수신에너지인 것을 특징으로 하는 무선 센서네트워크에서 에너지 비용 분석방법.
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