Yao, Yuanyuan;Yin, Changchuan;Song, Xiaoshi;Beaulieu, Norman C.
Journal of Communications and Networks
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v.18
no.3
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pp.340-350
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2016
The performance of large-scale cognitive radio (CR) networks with secondary users sustained by opportunistically harvesting radio-frequency (RF) energy from nearby primary transmissions is investigated. Using an advanced RF energy harvester, a secondary user is assumed to be able to collect ambient primary RF energy as long as it lies inside the harvesting zone of an active primary transmitter (PT). A variable power (VP) transmission mode is proposed, and an energy-based opportunistic spectrum access (OSA) strategy is considered, under which a secondary transmitter (ST) is allowed to transmit only if its harvested energy is larger than a predefined transmission threshold and it is outside the guard zones of all active PTs. The transmission probability of the STs is derived. The outage probabilities and the throughputs of the primary and the secondary networks, respectively, are characterized. Compared with prior work, the throughput can be increased by as much as 29%. The energy-based OSA strategy can be generally applied to a non-CR setup, where distributed power beacons (PBs) are deployed to power coexisting wireless signal transmitters (WSTs) in a wireless powered sensor network.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.10
no.7
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pp.1549-1555
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2009
The Relay node placement problem is one of the most important requirements for many wireless sensor networks because the lifetime of sensor networks is closely related with the placement of relay nodes which receive sensed data from sensor nodes and forward them to the base station. Relay node placement problem has focused at minimization of dissipated total energy of the sensor nodes in whole networks. However, minimum total energy causes the unbalance of consumed energy in sensor nodes due to different distances between relay nodes and sensor nodes. This paper proposes the concept of energy balance ratio and finds the locations of relay nodes using objective functions which maximize the energy balance ratio. Maximizing this ratio results in maximizing the network lifetime by minimizing the energy consumption of large-scale sensor networks. However, finding a solution to relay node placement problem is NP-hard and it is very difficult to get exact solutions. Therefore, we get approximate solutions to EBR-RNP problem which considers both energy balance ratio and relay node placement using constraint programming.
Chun Eunmi;Doh Inshil;Oh Hayoung;Park Soyoung;Lee Jooyoung;Chae Kijoon;Lee Sang-Ho;Nah Jaehoon
The KIPS Transactions:PartC
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v.12C
no.4
s.100
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pp.473-480
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2005
We can obtain useful information by deploying large scale sensor networks in various situations. Security is also a major concern in sensor networks, and we need to establish pairwise keys between sensor nodes for secure communication. In this paper, we propose new pairwise key establishment mechanism based on clustering and polynomial sharing. In the mechanism, we divide the network field into clusters, and based on the polynomial-based key distribution mechanism we create bivariate Polynomials and assign unique polynomial to each cluster. Each pair of sensor nodes located in the same cluster can compute their own pairwise keys through assigned polynomial shares from the same polynomial. Also, in our proposed scheme, sensors, which are in each other's transmission range and located in different clusters, can establish path key through their clusterheads. However, path key establishment can increase the network overhead. The number of the path keys and tine for path key establishment of our scheme depend on the number of sensors, cluster size, sensor density and sensor transmission range. The simulation result indicates that these schemes can achieve better performance if suitable conditions are met.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.40
no.12
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pp.2392-2400
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2015
Zigbee, which was a representative standard technology for dealing low energy and mesh networks in large deployment area such as smart home, smart building, and massive sensor networks, has been developed and deployed for increasing communication area by using Ad hoc method. It has been originally developed based on IEEE 802.15.4 standard so every node needs 48bit unique address defined by IEEE. However, it is absolutely inefficient to assign an unique address to every communication node where it would be deployed through large-scale network area, e.g., smart lighting and massive sensor networks, because there could be variously multiple companies to deploy network infrastructure and they could have different policy to assign node ID. To prevent the problem, this paper proposes a method of dynamic PANID assignment in overall Personal Coordinators, and also proposes a method for addressing PANID conflict problem which could be derived from dynamic PANID assignment.
Shajihan, Shaik Althaf V.;Wang, Shuo;Zhai, Guanghao;Spencer, Billie F. Jr.
Smart Structures and Systems
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v.29
no.1
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pp.181-193
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2022
Data-driven structural health monitoring (SHM) of civil infrastructure can be used to continuously assess the state of a structure, allowing preemptive safety measures to be carried out. Long-term monitoring of large-scale civil infrastructure often involves data-collection using a network of numerous sensors of various types. Malfunctioning sensors in the network are common, which can disrupt the condition assessment and even lead to false-negative indications of damage. The overwhelming size of the data collected renders manual approaches to ensure data quality intractable. The task of detecting and classifying an anomaly in the raw data is non-trivial. We propose an approach to automate this task, improving upon the previously developed technique of image-based pre-processing on one-dimensional (1D) data by enriching the features of the neural network input data with multiple channels. In particular, feature engineering is employed to convert the measured time histories into a 3-channel image comprised of (i) the time history, (ii) the spectrogram, and (iii) the probability density function representation of the signal. To demonstrate this approach, a CNN model is designed and trained on a dataset consisting of acceleration records of sensors installed on a long-span bridge, with the goal of fault detection and classification. The effect of imbalance in anomaly patterns observed is studied to better account for unseen test cases. The proposed framework achieves high overall accuracy and recall even when tested on an unseen dataset that is much larger than the samples used for training, offering a viable solution for implementation on full-scale structures where limited labeled-training data is available.
International journal of advanced smart convergence
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v.10
no.4
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pp.278-288
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2021
Recently, IoT systems are cloud-based, so that continuous and large amounts of data collected from sensor nodes are processed in the data server through the cloud. However, in the centralized configuration of large-scale cloud computing, computational processing must be performed at a physical location where data collection and processing take place, and the need for edge computers to reduce the network load of the cloud system is gradually expanding. In this paper, a cluster system consisting of 6 inexpensive Raspberry Pi boards was constructed to perform fast data processing. And we propose "Kubernetes cluster system(KCS)" for processing large data collection and analysis by model distribution and data pipeline method. To compare the performance of this study, an ensemble model of deep learning was built, and the accuracy, processing performance, and processing time through the proposed KCS system and model distribution were compared and analyzed. As a result, the ensemble model was excellent in accuracy, but the KCS implemented as a data pipeline proved to be superior in processing speed..
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.41
no.11
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pp.1589-1597
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2016
In this paper, we propose a system in a large-scale environment, such as desert and ocean, that can reduce the overall transmission power consumption in mobile sensor network. It is known that the transmission power consumption in wireless sensor network is proportional to the square of transmission distance. Therefore, if the locations of mobile sensors are far from the sink node, the power consumption required for data transmission increases, leading to shortened operating time of the sensors. Hence, in this paper, we propose a system that can reduce the power consumption by allowing to transmit data only if the transmission range of the sensors is within a predetermined distance. Moreover, the energy efficiency of the overall sensor network can even be improved by reducing the number of data transmissions at the sink node to gateway based on compressed sensing. The proposed system is actually implemented using Arduino and Raspberry Pi and it is confirmed that source data can be approximately decoded even when the gateway received encoded data fewer than the required number of data from the sink node. The performance of the proposed system is analyzed in theory.
Many works on energy-efficient cluster event detection schemes have been done considering the energy restriction of sensor networks. The existing cluster event detection schemes transmit only the boundary information of detected cluster event nodes to the base station. However, If the range of the cluster event is widened and the distribution density of sensor nodes is high, the existing cluster event detection schemes need high transmission costs due to the increase of sensor nodes located in the event boundary. In this paper, we propose an energy-efficient cluster event detection scheme using the minimum boundary polygons (MBP) that can compress and summarize the information of event boundary nodes. The proposed scheme represents the boundary information of cluster events using the MBP creation technique in the large scale of sensor network environments. In order to show the superiority of the proposed scheme, we compare it with the existing scheme through the performance evaluation. Simulation results show that our scheme maintains about 92% accuracy and decreases about 80% in energy consumption to detect the cluster event over the existing schemes on average.
Jang, Shinae;Jo, Hongki;Cho, Soojin;Mechitov, Kirill;Rice, Jennifer A.;Sim, Sung-Han;Jung, Hyung-Jo;Yun, Chung-Bangm;Spencer, Billie F. Jr.;Agha, Gul
Smart Structures and Systems
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v.6
no.5_6
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pp.439-459
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2010
Structural health monitoring (SHM) of civil infrastructure using wireless smart sensor networks (WSSNs) has received significant public attention in recent years. The benefits of WSSNs are that they are low-cost, easy to install, and provide effective data management via on-board computation. This paper reports on the deployment and evaluation of a state-of-the-art WSSN on the new Jindo Bridge, a cable-stayed bridge in South Korea with a 344-m main span and two 70-m side spans. The central components of the WSSN deployment are the Imote2 smart sensor platforms, a custom-designed multimetric sensor boards, base stations, and software provided by the Illinois Structural Health Monitoring Project (ISHMP) Services Toolsuite. In total, 70 sensor nodes and two base stations have been deployed to monitor the bridge using an autonomous SHM application with excessive wind and vibration triggering the system to initiate monitoring. Additionally, the performance of the system is evaluated in terms of hardware durability, software stability, power consumption and energy harvesting capabilities. The Jindo Bridge SHM system constitutes the largest deployment of wireless smart sensors for civil infrastructure monitoring to date. This deployment demonstrates the strong potential of WSSNs for monitoring of large scale civil infrastructure.
This paper presents a regionalized time slotted channel hopping (TSCH) slotframe-based aerial data collection using wake-up radio. The proposed scheme aims to minimize the delay and energy consumption when an unmanned aerial vehicle (UAV) collects data from sensor devices in the large-scale service area. To this end, the proposed scheme divides the service area into multiple regions, and determines the TSCH slotframe length for each region according to the number of cells required by sensor devices in each region. Then, it allocates the cells dedicated for data transmission to the TSCH slotframe using the ID of each sensor device. For energy-efficient data collection, the sensor devices use a wake-up radio. Specifically, the sensor devices use a wake-up radio to activate a network interface only in the cells allocated for beacon reception and data transmission. The simulation results showed that the proposed scheme exhibited better performance in terms of delay and energy consumption compared to the existing scheme.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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