Journal of Korea Society of Digital Industry and Information Management
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v.4
no.2
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pp.29-37
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2008
Clustering allows hierarchical structures to be built on the nodes and enables more efficient use of scarce resources, such as frequency spectrum, bandwidth, and energy in wireless sensor networks (WSNs). This paper proposes a hierarchical clustering algorithm called EEHC which is more energy efficient than existing algorithms for WSNs, It introduces region node selection as well as cluster head election based on the residual battery capacity of nodes to reduce the costs of managing sensor nodes and of the communication among them. The role of cluster heads or region nodes is rotated among nodes to achieve load balancing and extend the lifetime of every individual sensor node. To do this, EEHC clusters periodically to select cluster heads that are richer in residual energy level, compared to the other nodes, according to clustering policies from administrators. To prove the performance improvement of EEHC, the ns-2 simulator was used. The results show that it can reduce the energy and bandwidth consumption for organizing and managing WSNs comparing it with existing algorithms.
Qin, Zhenquan;Lu, Bingxian;Zhu, Ming;Sun, Liang;Shu, Lei
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.10
no.12
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pp.5307-5327
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2016
Restricted by finite battery energy, traditional wireless sensor networks (WSNs) can only maintain for a limited period of time, resulting in serious performance bottleneck in long-term deployment of WSN. Fortunately, the advancement in the wireless energy transfer technology provides a potential to free WSNs from limited energy supply and remain perpetual operational. A mobile charger called wireless charging vehicle (WCV) is employed to periodically charge each sensor node and keep its energy level above the minimum threshold. Aiming at maximizing the ratio of the WCV's vocation time over the cycle time as well as guaranteeing the perpetual operation of networks, we propose a feasible and optimal solution to this issue within the context of a real-time large-scale deployed WSN. First, we develop two different types of charging cycles: initialization cycles and renewable cycles and give relevant algorithms to construct these two cycles for each sensor node. We then formulate the optimization problem into an optimal construction algorithm and prove its correctness through theoretical analysis. Finally, we conduct extensive simulations to demonstrate the effectiveness of our proposed algorithms.
Lithium is a highly attractive material for high-energy-concentration batteries, since it has low weight and high potential. Rechargeable lithium-ion batteries (LIBs), which have the extremely high gravimetric and volumetric energy densities, are currently the most preferable power sources for future electric vehicles and various portable electronic devices. In order to improve the efficiency and lifetime, new electrode compounds for lithium intercalation or insertion have been investigated for rechargeable batteries. Solid-state nuclear magnetic resonance (NMR) is a very useful tool to investigate the structural changes in electrode materials in actual working lithium-ion batteries. To detect the in-situ microstructural changes of electrode and electrolyte materials, $^7Li-^{19}F$ double-resonance solid-state NMR probe with a static solenoidal coil for a 600-MHz narrow-bore magnet was designed, constructed, and tested successfully.
In u-healthcare services based on wireless body sensor networks, reliable connection is very important as many types of information, including vital signals, are transmitted through the networks. The transmit power requirements are very stringent in the case of in-body networks for implant communication. Furthermore, the wireless link in an in-body environment has a high degree of path loss (e.g., the path loss exponent is around 6.2 for deep tissue). Because of such inherently bad settings of the communication nodes, a multi-hop network topology is preferred in order to meet the transmit power requirements and to increase the battery lifetime of sensor nodes. This will ensure that the live body of a patient receiving the healthcare service has a reduced level of specific absorption ratio (SAR) when exposed to long-lasting radiation. We propose an efficientmethod for delivering delay-intolerant data packets over multiple hops. We consider forward error correction (FEC) in an erasure correction mode and develop a mathematical formulation for packet-level scheduling of delay-intolerant FEC packets over multiple hops. The proposed method can be used as a simple guideline for applications to setting up a topology for a medical body sensor network of each individual patient, which is connected to a remote server for u-healthcare service applications.
PWM buck converters usually use a type-III error amplifier. Since this amplifier has a big capacitor with slow slew rate, they can generate an unintended large overshoot/undershoot at the output when a large load current change occurs. They can also respond slowly by varying the reference voltage. In order to increase battery lifetime, power supplies require a various range of load current and output voltage. PWM buck converter also should have a characteristic of both fast load response and reference tracking. This paper surveys a few recent techniques for reducing the settling time, and discusses their merits and limitations.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.33
no.5B
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pp.253-259
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2008
Because a sensor node in wireless sensor networks is battery operated and energy constrained, reducing energy consumption of each node is one of important issues. The clustering technique can make network topology be hierarchical and reduce energy consumption of each sensor node. In this paper, we propose an efficient clustering mechanism considering overlap avoidance in wireless sensor networks. The proposed method consists of three parts. The first is to elect cluster heads considering each node's energy. Then clusters are formed by using signal strength in the second phase. Finally we can reduce the cluster overlap problem derived from two or more clusters. In addition, this paper includes performance evaluation of our algorithm. Simulation results show that network lifetime was extended up to 75 percents than LEACH and overlapped clusters are decreased down to nearly zero percents.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.5
no.1
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pp.5-23
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2011
One inevitable problem in Ad Hoc networks is the limited battery capacity, which explains why portable devices might shut down suddenly when the power of hardware is depleted. Hence, how to decrease the power consumption is an important issue in ad hoc networks. With the development of wireless technology, mobile devices can transmit voices, surf the Internet, download entertaining stuffs, and even support some P2P applications, like sharing real-time streaming. In order to keep the quality stable, the transmission must be continuous and it is thus necessary to select some managers to coordinate all nodes in a P2P community. In addition to assigning jobs to the staffs (children) when needed, these managers (ancestors) are able to reappoint jobs in advance when employees retire. This paper proposed a mechanism called Cluster-based Power Management (CPM) to stabilize the transmissions and increase Time to Live (TTL) of mobile hosts. In our new proposed method, we establish the clusters according to every node's joining order and capability, and adjust their sleep time dynamically through three different mathematical models. Our simulation results reveal that this proposed scheme not only reduces the power consumption efficiently, but also increases the total TTLs evidently.
Kim, Sung-Un;Cheon, Hyun-Soo;Seo, Sang-Bo;Song, Seung-Mi;Park, Seon-Yeong
Journal of Information Processing Systems
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v.6
no.1
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pp.53-66
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2010
The energy efficiency is a key design issue to improve the lifetime of the underwater sensor networks (UWSN) consisting of sensor nodes equipped with a small battery of limited energy resource. In this paper, we apply a hexagon tessellation with an ideal cell size to deploy the underwater sensor nodes for two-dimensional UWSN. Upon this setting, we propose an enhanced hybrid transmission method that forwards data packets in a mixed transmission way based on location dependent direct transmitting or uniform multi-hop forwarding. In order to select direct transmitting or uniform multi-hop forwarding, the proposed method applies the threshold annulus that is defined as the distance between the cluster head node and the base station (BS). Our simulation results show that the proposed method enhances the energy efficiency compared with the existing multi-hop forwarding methods and hybrid transmission methods
Currently, hybridization of energy generator and storage devices is considered to be one of the most important energy-related technologies due to the possibility of replacing batteries or extending the lifetime of a batteries in accordance with increasing battery demand. This review aims to describe current progress on the mechanical energy generator and hybridization of energy generator and energy storage devices for self-powered electronics. First, the research trends related to energy generation devices using piezoelectric and triboelectric effect that convert physical energy into electric energy is introduced. In addition, integration of energy generators and energy storage devices is introduced. In particular, self-charging energy cells provide an innovative approach to the direct conversion of mechanical energy into electrochemical energy to decrease energy conversion loss.
A cluster topology was proposed with the assumption of zero noise to improve the performance of wireless body area networks (WBANs). However, in WBANs, the transmission power should be reduced as low as possible to avoid the effect of electromagnetic waves on the human body and to extend the lifetime of a battery. Therefore, in this work, we consider a bit error rate for a cluster-based WBAN and analyze the performance of the system while the transmission of sensors and cluster headers (CHs) is controlled. Moreover, a hierarchical topology is proposed for the cluster-based WBAN to further improve the throughput of the system; this proposed system is called as the hierarchical cluster WBAN. The hierarchical cluster WBAN is combined with a transmission control scheme, that is, complete control, spatial reuse superframe, to increase the throughput. The proposed system is analyzed and evaluated based on several factors of the system model, such as signal-to-noise ratio, number of clusters, and number of sensors. The calculation result indicates that the proposed hierarchical cluster WBAN outperforms the cluster-based WBAN in all analyzed scenarios.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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