センサネットワークにおける
自律的なデータ集約機構
立命館大学理工学部情報学科
ユビキタス環境研究室
首藤幸司、ランバツェン・ゲェウテ、西尾信彦
センサネットワークとは



通信機能を持つセンサノードを多数設置し、設備
の管理や環境の観測などに役立てるシステム
通信形態・・・主に無線通信
登場するノード



センサノード
中継ノード
Sinkノード
センサネットワークの問題点
センサノードが大量に存在する
→ センシングターゲット(イベント)が同じ可能性有
→ 冗長的なパケットが大量に送出される

バッテリー資源の浪費や通信トラフィックの増加
従来のアプローチ

バッテリー面



非稼動状態を導入
自家発電(太陽電池など)
通信トラフィック面

データ転送過程でデータ集約を行なう
→ in-network processing
我々のアプローチ

クラスタリングプロトコル


イベントの近接ノードがクラスタを形成し、クラ
スタ内で協力してセンシングを行なうシステム
目的



通信トラフィックの減少
バッテリー資源の節約
センシング信頼性の向上
クラスタ内処理機構(in-cluster processing)

in-network processingをデータ転送過程
ではなく、クラスタ内で行なう機構


稼動ノードの選定
データ集約処理
ノードの負荷分散や冗長パケット送出の低減
従来のセンサネットワークにおけるデー
タフロー図
イベント
センサノード
中継ノード
Sinkノード
データフロー
クラスタ内処理機構を適応したセンサネッ
トワークのデータフロー図
イベント
センサノード
クラスタ内
Sinkノード
中継ノード
Sinkノード
データフロー
クラスタ
クラスタ内処理機構の要件
クラスタ内Sinkノードとは

クラスタ内でデータ集約
Sinkノードへデータ転送
同クラスタ内に一つ以上




要件
1.
2.
センサノードの状態遷移法
クラスタ内Sinkノードの選定法
→ 自律的なアルゴリズム
センサノードの状態遷移図
クラスタ内Sinkの役割を果たした
バッテリー残量が少なくなった
クラスタ
内Sink
Sinkノードへデータ転送
クラスタ内のデータ集約
センシング可能
範囲を外れた
センシング
不可能ノード
センシング
可能ノード
クラスタ内Sinkノードに
選出された
センシング可能
範囲に入った
センシングを行なう
処理負荷が高い
↓
バッテリー消費が大きい
処理負荷が低い
↓
バッテリー消費が小さい
クラスタ内Sinkノードの選定法(1)
立候補制(承認型)


各センサノードは、以下の条件を元に立候補要求を出す





バッテリーの残量
近接ノード内でのクラスタ内Sinkノードの存在
現Sinkノードの辞退要求
近接ノード内で同時立候補者がいなければ自ノードが選定され、も
しいたら「じゃんけん」をして勝った方が選定される
自ノードの状況を判断し、適当な時期に同クラスタ内のセンサノード
に辞退要求を出し、承認をもらうことができれば辞退する
利点


適切な数だけクラスタ内Sinkノードを存在させることが可能
欠点



選定時の処理が重い
センサノードの状態遷移が頻繁に起こる環境には不向き
クラスタ内Sinkノードの選定法(2)
辞退制(非承認型)



各センサノードは立候補要求を出せば、無条件でクラスタ内Sink
ノードになれる
自ノードの状況を判断し、適当な時期に同クラスタ内のセ
ンサノードに辞退要求を出せば、無条件で辞退できる
利点



選定処理のオーバーヘッドが激減する
センサノードの状態遷移が頻繁に起こる環境でも有効的
欠点



クラスタ内Sinkノードの存在数にムラができる
クラスタ内ノード数が少ないときは不向き
まとめ

クラスタ内処理機構を提案




クラスタ内でin-network processing
バッテリー節約と通信トラフィック減少
キーワードは「自律的」
Future Work


”立候補制”と”辞退制”を実機で実装する
実証実験を行ない、その効果を調査する

Document