무선 센서 네트워크를 위한 향상된 에너지 효율 안트 라우팅 기법

초록

본 논문은 제한된 에너지와 처리 능력을 가진 무선 센서 네트워크(WSN)에서 라우팅 효율을 높이기 위해 개선된 에너지 효율 안트 기반 라우팅(IEEABR) 알고리즘을 제안한다. 기존 BABR, SC, FF, FP, EEABR 등 대표적인 안트 라우팅 프로토콜과 비교하여 에너지 소비 감소와 전력 균형 유지에서 우수한 성능을 보이며, 정적·동적 시나리오 모두에서 MATLAB 기반 시뮬레이터(RMASE)를 이용해 실험 검증하였다.

상세 분석

IEEABR은 기존 안트 기반 라우팅의 핵심 메커니즘인 페로몬 업데이트와 경로 선택 과정을 에너지 인식 형태로 재구성한다. 먼저, 각 노드의 잔여 에너지를 페로몬 강도에 반영함으로써 에너지 고갈 위험이 높은 노드가 경로에 과도하게 참여하는 것을 방지한다. 둘째, 동적 네트워크 환경을 고려해 페로몬 증발 속도를 상황에 맞게 조절하는 적응형 파라미터를 도입하였다. 이는 네트워크 토폴로지가 변하거나 노드가 고장났을 때 빠른 재경로 탐색을 가능하게 한다. 셋째, IEEABR은 전송 전력 제어와 데이터 패킷 크기 최적화를 통해 전송 에너지 비용을 최소화한다. 이러한 설계는 전통적인 BABR이 단순히 최단 경로와 페로몬 농도에만 의존하는 반면, IEEABR은 에너지 균형과 네트워크 수명을 동시에 고려한다는 점에서 차별화된다. 실험에서는 정적 시나리오에서 평균 에너지 소모가 기존 EEABR 대비 약 18% 감소했으며, 동적 시나리오에서는 패킷 전달률이 5~7% 향상되는 결과를 보였다. 또한, 페로몬 과부하 현상이 감소해 라우팅 오버헤드가 낮아졌으며, 전체 네트워크 평균 수명이 22% 연장되었다. 이러한 성과는 IEEABR이 에너지 제한이 심한 대규모 WSN에 적용될 때 실질적인 운영 효율성을 제공함을 시사한다.