무선 센서네트워크에서 클러스터링 기법은 네트워크 확장성과 네트워크 수명 연장에 효율적이라고 인정받고 있다. 본 논문에서는 클러스터 기반 센서 네트워크에서 multi-hop to one-hop 전송 환경을 고려하여 에너지 효율성에 최적인 클러스터 비율(cluster ratio, CR)을 분석하는데 초점을 둔다. 본 논문에서는 지정한 클러스터 비율을 통한 시스템 홉 수(hop-count) 최소화와 노드 간 패킷수신율(packet reception ratio, PRR) 최대화 사이의 이해득실(trade-off) 관계를 분석하고 이 두 요소를 종합적으로 고려하여 목표함수를 유도한다. 제안한 목표함수를 통하여 얻은 최적의 클러스터 비율은 네트워크에서 패킷 전송에 드는 비용뿐만 아니라 노드 간 재전송 오버헤드를 줄여줌으로써 에너지 효율성을 향상시킨다. 본 논문에서 제안한 기법은 최소 홉 수 클러스터링 방안과 비교되며 시뮬레이션을 통하여 향상된 에너지 효율성을 검증하였다.
Clustering schemes have been adopted as an efficient solution to prolong network lifetime and improve network scalability. In such clustering schemes cluster ratio is represented by the rate of the number of cluster heads and the number of total nodes, and affects the performance of clustering schemes. In this paper, we mathematically analyze an optimal clustering ratio in wireless sensor networks. We consider a multi-hop to one-hop transmission case and aim to provide the optimal cluster ratio to minimize the system hop-count and maximize packet reception ratio between nodes. We examine its performance through a set of simulations. The simulation results show that the proposed optimal cluster ratio effectively reduce transmission count and enhance energy efficiency in wireless sensor networks.
