Solist: A Lightweight Multi-Overlay Structure for Wireless Sensor Networks

Sensor networks have recently received an increasing interest both in industry and academia and are applicable to a wide range of distributed applications. In such networks, sensors organize themselves to collect or disseminate information in the network, routing messages to specific sensors, etc. Given the limited resources of those devices, energy consumption is a first class concern. At the core of data management in distributed systems, lie some basic functionalities such as broadcast or anycast. In this paper, we focus on providing a suite of *-cast (anycast, k-cast, broadcast) functionalities in a fully decentralized manner. More specifically, we present the design and evaluation of Solist, implementing the *-cast suite for wireless sensor networks. Solist is fully decentralized, and let the sensors get organized into a multi-layer structure, largely inspired from structured peer-to-peer systems, yet limiting the overall energy consumption. A type is associated to each sensor, and the *-cast functionalities are implemented at a type granularity regardless of the number of types and their distribution within the network. This enables to reach any (anycast), k (kcast), or all (broadcast) sensors of a given type in a large-scale network. Sensor nodes of the same type are logically clustered and each of those types remains reachable from any point in the system as long as the network is connected. We evaluate Solist through simulation and show that Solist provides those functionalities while achieving a reasonable trade-off between performance and energy consumption. Key-words: Wireless sensor network, structured network, diffusion primitives, anycast, multicast, peer-to-peer, energy-based ∗ IRISA / Université de Rennes 1 † IRISA / INSA Rennes ‡ IRISA / INRIA Rennes – Bretagne Atlantique in ria -0 02 01 63 7, v er si on 3 7 Ja n 20 08 SOLIST : Structure multicouche pair-à-pair à faible consommation pour les réseaux de capteurs sans-fil. Résumé : Les réseaux de capteurs sans-fil (RCsF) connaissent depuis quelques années un intérêt croissant, tant dans la recherche que dans l’industrie. Ceux-ci ouvrent une nouvelle voie aux applications réparties dans des milieux jusqu’alors impraticables, les capteurs s’auto-organisant eux-mêmes afin de fournir des fonctionnalités telles que la collecte ou la dissémination d’information sur et dans le réseau, le routage de messages à des capteurs spécifiques, etc. En raison de leur petite taille, les ressources disponibles sur un capteur sont très limitées, et la gestion d’énergie devient donc une préoccupation de premier ordre. Le cœur des systèmes de gestion de données dans les systèmes répartis repose sur certaines fonctionnalités de bases comme la diffusion ou la recherche de capteurs particuliers. Dans cet article, nous proposons la mise en œuvre décentralisée d’une collection de primitive appelées *-cast (anycast, k-cast et broadcast). Pour cela, nous présentons et évaluons SOLIST, une structure multicouche, largement inspiré des réseaux pair-à-pair structurés, limitant la consommation d’énergie dans le cadre des RCsF. Un type est associé à chaque capteur, et les primitives de *-cast sont mises en œuvre à la granularité des types, sans pour autant nécessiter une connaissance de ces types à priori, ni de leur répartition dans le réseau. Nous avons évalué SOLIST par simulation et montré que cette structure fournit les primitives de *-cast en atteignant un bon compromis entre performance et consommation d’énergie. Mots-clés : Réseaux de capteurs, réseaux structurés, primitives de diffusion, pair-à-pair, économie d’énergie in ria -0 02 01 63 7, v er si on 3 7 Ja n 20 08 Solist: A Lightweight Multi-Overlay Structure for WSN 3