Dynamic minimum spanning tree construction and maintenance for Wireless Sensor Networks

• Sergio Díaz ^[1] ; Diego Méndez ^[1]
  1. [1] Pontífica Universidad Javeriana

     Pontífica Universidad Javeriana

     Colombia

     
• Localización: Revista Facultad de Ingeniería: Universidad de Antioquia, ISSN-e 2422-2844, ISSN 0120-6230, Nº. 93, 2019, págs. 57-69
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Construcción y mantenimiento dinámico del árbol de expansión mínima para redes inalámbricas de sensores
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• Resumen
  • español

    En una red inalámbrica de sensores (WSN por su sigla en inglés), encontrar la ruta óptima desde cada nodo al sumidero no es una tarea sencilla debido a las características distribuidas y dinámicas de la red. Por ejemplo, la red sufre cambios frecuentes porque la calidad del canal varía con el tiempo y los nodos pueden abandonar o unirse a la red en cualquier instante. Con el objetivo de controlar esta variabilidad, proponemos el algoritmo dinámico Gallager-Humblet-Spira (DGHS) que construye y mantiene un árbol de expansión mínima para redes dinámicas y distribuidas, y hemos encontrado que DGHS reduce el número de mensajes de control y el consumo de energía, a costa de un ligero aumento en el tamaño de la memoria y el tiempo de convergencia. Este artículo presenta una descripción detallada de las diferentes etapa del algoritmo DGHS (descubrimiento de vecinos, construcción del árbol y recopilación de datos), un análisis profundo de un conjunto extenso de resultados que validan nuestra propuesta, y una descripción exhaustiva de las limitaciones que tiene GHS.

  • English

    In a Wireless Sensor Network (WSN), finding the optimal route from each node to the sink is not a straightforward task because of the distributed and dynamic characteristics of the network. For instance, the network suffers frequent changes because the channel quality varies over time and the nodes can leave or join the network at any moment. In order to deal with this variability, we propose the Dynamic Gallager-Humblet-Spira (DGHS) algorithm that builds and maintains a minimum spanning tree for distributed and dynamic networks, and we have found that DGHS reduces the number of control messages and the energy consumption, at the cost of a slight increase in the memory size and convergence time. This paper presents a detailed description of the different stages of the DGHS algorithm (neighbor discovery, tree construction and data collection), an in-depth analysis of extensive results that validates our proposal, and an exhaustive description of the GHS limitations.