KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제10권3호
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pp.1249-1272
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2016
In this paper, we propose a symmetric key establishment scheme for wireless sensor networks which tries to minimize the resource usage while satisfying the security requirements. This is accomplished by taking advantage of the communication pattern of wireless sensor networks and adopting heterogeneous wireless sensor networks. By considering the unique communication pattern of wireless sensor networks due to the nature of information gathering from the physical world, the number of keys to be established is minimized and, consequently, the overhead spent for establishing keys decreases. With heterogeneous wireless sensor networks, we can build a hybrid scheme where a small number of powerful nodes do more works than a large number of resource-constrained nodes to provide enhanced security service such as broadcast authentication and reduce the burden of resource-limited nodes. In addition, an on-demand key establishment scheme is introduced to support extra communications and optimize the resource usage. Our performance analysis shows that the proposed scheme is very efficient and highly scalable in terms of storage, communication and computation overhead. Furthermore, our proposed scheme not only satisfies the security requirements but also provides resilience to several attacks.
Quick, accurate damage monitoring is strongly required for damage assessment in the aftermath of a large natural disaster. Wireless sensor networks are promising technologies to acquire damage information in a citywide area. The wireless sensor networks, however, would be faced with difficulty to collect data in real-time and to expand the scalability of the networks. This paper discusses a scheme of network architecture to cove a whole city in multi-tier heterogeneous networks, which consist of wireless sensor networks, access networks and a backbone network. We first review previous studies for citywide damage monitoring, and then discuss the feature of multi-tier heterogeneous networks to cover a citywide area.
Wireless sensor networks need middleware system for efficiently managing the constrained resource and sensing data because they need different sensing data type and protocol to communicate with heterogeneous sensor networks. Thus this paper proposes data-centric sensor middleware for heterogeneous sensor networks. The proposed middleware have to support various query processing of user applications, high-level request of users, manage heterogeneous sensor systems and universal sensing data type for node and user application.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제12권3호
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pp.1083-1097
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2018
This paper presents a novel range-free localization algorithm based on quantum particle swarm optimization. The proposed algorithm is capable of estimating the distance between two non-neighboring sensors for multi-hop heterogeneous wireless sensor networks where all nodes' communication ranges are different. Firstly, we construct a new cumulative distribution function of expected hop progress for sensor nodes with different transmission capability. Then, the distance between any two nodes can be computed accurately and effectively by deriving the mathematical expectation of cumulative distribution function. Finally, quantum particle swarm optimization algorithm is used to improve the positioning accuracy. Simulation results show that the proposed algorithm is superior in the localization accuracy and efficiency when used in random and uniform placement of nodes for heterogeneous wireless sensor networks.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제6권1호
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pp.147-161
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2012
In recent years, machine-to-machine (M2M) communications are under rapid development to meet the fast-increasing requirements of multi-type wireless services and applications. In order to satisfy M2M communications requirements, heterogeneous networks convergence appears in many areas, i.e., mobile cellular networks (MCNs) and wireless sensor networks (WSNs) are evolving from heterogeneous to converged. In this paper, we introduce the system architecture and application requirement for converged MCN and WSN, where mobile terminals in MCN are acting as both sensor nodes and gateways for WSN. And then, we discuss the joint optimization of converged networks for M2M communications. Finally, we discuss the technical challenges in the converged process of MCN and WSN.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제9권12호
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pp.4856-4871
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2015
Backpressure based scheduling has been considered as a promising technique for improving the throughput of a wide range of communication networks. However, this scheduling technique has not been well studied for heterogeneous wireless networks. In this paper, we propose a virtual-queue based backpressure scheduling (VQB) algorithm for heterogeneous multi-hop wireless networks. The VQB algorithm introduces a simple virtual queue for each flow at a node for backpressure scheduling, whose length depends on the cache size of the node. When calculating flow weights and making scheduling decisions, the length of a virtual queue is used instead of the length of a real queue. We theoretically prove that VQB is throughput-optimal. Simulation results show that the VQB algorithm significantly outperforms a classical backpressure scheduling algorithm in heterogeneous multi-hop wireless networks in terms of the packet delivery ratio, packet delivery time, and average sum of the queue lengths of all nodes per timeslot.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제12권4호
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pp.1779-1798
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2018
Heterogeneous wireless sensor networks (HEWSN) is a kind of wireless sensor networks (WSN), each sensor may has different attributes, HEWSN has been widely used in many aspects. Due to sensors are deployed in unattended environments and its resource constrained feature, the design of security and efficiency balanced authentication scheme for HEWSN becomes a vital challenge. In this paper, we propose a secure and lightweight user authentication and key agreement scheme based on biometric for HEWSN. Firstly, fuzzy extractor is adopted to handle the user's biometric information. Secondly, we achieve mutual authentication and key agreement among three entities, which are user, gateway and cluster head in the four phases. Finally, formal security analysis shows that the proposed scheme defends against various security pitfalls. Additionally, comparison results with other surviving relevant schemes show that our scheme is more efficient in term of computational cost, communication cost and estimated time. Therefore, the proposed scheme is well suitable for practical application in HEWSN.
In this paper, an improved zone-based routing protocol for heterogeneous wireless sensor networks is proposed. The proposed protocol has fixed the sized zone according to the distance from the base station and used a dynamic clustering technique for advanced nodes to select a cluster head with maximum residual energy to transmit the data. In addition, we select an optimal route with minimum energy consumption for normal nodes and conserve energy by state transition throughout data transmission. Simulation results indicated that the proposed protocol performed better than the other algorithm by reducing energy consumption and providing a longer network lifetime and better throughput of data packets.
To solve the problem of unbalanced loads and the short network lifetime of heterogeneous wireless sensor networks, this paper proposes a node-selection algorithm based on energy balance and dynamic adjustment. The spacing and energy of the nodes are calculated according to the proximity to the network nodes and the characteristics of the link structure. The direction factor and the energy-adjustment factor are introduced to optimize the node-selection probability in order to realize the dynamic selection of network nodes. On this basis, the target path is selected by the relevance of the nodes, and nodes with insufficient energy values are excluded in real time by the establishment of the node-selection mechanism, which guarantees the normal operation of the network and a balanced energy consumption. Simulation results show that this algorithm can effectively extend the network lifetime, and it has better stability, higher accuracy, and an enhanced data-receiving rate in sufficient time.
최근 센서를 이용한 장치들의 사용은 증가추세이다. 이런 센서 장치들은 이종무선 센서네트워크 환경에서 최신 기술들과 연관 지어 폭발적으로 증가하고 있다. 이런 환경에서 센서디바이스의 사용은 우리에게 편리함을 제공하기는 하나 여러 형태의 보안위협이 도사리고 있는 실정이다. 무선선서네트워크를 이용하여 원격으로 접속하여 제공받는 서비스에 존재하는 보안위협 중 대부분은 전송되는 정보의 유출과 사용자, 센서, 게이트웨이 사이의 인증에 대한 손실이 대부분이다. 2019년 Chen 등이 이종무선 센서 네트워크에 안전한 사용자 인증 프로토콜을 제안하였다. 그러나 Ryu 등이 제안한 논문에서 그들이 제안 프로토콜은 password guessing attack과 session key attack에 취약하다는 것을 주장하였다. 본 논문은 이전에 제안된 논문의 취약점을 개선하여 더욱 안전하고 효율적인 사용자 인증 프로토콜을 제안하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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