PEGASIS, a chain-based protocol, forms chains from sensor nodes so that each node transmits and receives from a neighbor. In this way, only one node (known as a HEAD) is selected from that chain to transmit to the sink. Although PEGASIS is able to balance the workload among all of the nodes by selecting the HEAD node in turn, a considerable amount of energy may be wasted when nodes which are far away from sink node act as the HEAD. In this study, DERP (Distance-based Energy-efficient Routing Protocol) is proposed to address this problem. DERP is a chain-based protocol that improves the greedy-algorithm in PEGASIS by taking into account the distance from the HEAD to the sink node. The main idea of DERP is to adopt a pre-HEAD (P-HD) to distribute the energy load evenly among sensor nodes. In addition, to scale DERP to a large network, it can be extended to a multi-hop clustering protocol by selecting a "relay node" according to the distance between the P-HD and SINK. Analysis and simulation studies of DERP show that it consumes up to 80% less energy, and has less of a transmission delay compared to PEGASIS.
Jin-Oh Park;Ki-Don Kim;Kyung-soo Kim;Sang-Heon Park
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.36
no.1
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pp.49-56
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2023
With the development of technology worldwide, bridges are becoming larger, and the number of old bridges is also rapidly increasing. Monitoring the structural health of large, aging bridges is essential to preventing large-scale accidents. In this study, the application of a LoRa low-power wide-area network (LPWAN)-based wireless measurement system was investigated, and a LoRa wireless measurement system was established in the cable-stayed bridge section of Cheonsa Bridge, located in Shinan-gun, Jeollanam-do, Korea. The applicability of the LoRa LPWAN-based wireless monitoring system to large marine bridges was reviewed by comparing the performance and economic feasibility with wire-based monitoring systems that were built and operated by establishing a measurement system for the pylons, cables, and reinforcing girders of the bridge.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2009.04a
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pp.221-224
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2009
최근 사회기반시설을 대상으로 900 MHz - 2.45 GHz 대역의 무선 센서 네트워크 시스템을 이용한 구조반응 모니터링 연구가 수행되고 있다. 건물의 경우 수직, 수평으로 구조 부재, 칸막이 벽, 외장재 등에 의해서 공간이 차단되어 있고, 전파 간섭의 영향이 상대적으로 크기 때문에 900 MHz - 2.4 GHz 대역의 무선 네트워크 시스템은 그 한계가 있다. 본 논문에서는 이러한 문제점을 고려하여 장애물에 대한 회절성이 뛰어나고 전파의 간섭이 상대적으로 작은 저주파 대역의 무선 라디오 주파수를 도입한다. 이로부터 특히 지진 또는 바람의 영향 등의 외부 하중에 의하여 대규모 인명 손실을 초래할 수 있는 중요도가 매우 높은 대형 건물을 대상으로 실제 적용이 가능한 무선 센서 네트워크를 구성해 보았다.
무선 센서 네트워크 기술이 발전됨에 따라 소규모 무선 센서 네트워크에서 대규모 무선 센서 네트워크로 변하고 있으며, 이로 인하여 대규모 무선 센서 네트워크를 효율적으로 관리하기 위하여 여러 연구가 진행되고 있다. 본 논문에서는 대규모 무선 센서 네트워크를 효율적으로 관리하는 클러스터 기법을 사용한다. 또한 음성 정보를 전송하기 위해 네트워크 코딩 기법을 사용하여 수집된 자료를 목표지점까지 전달하는데 걸리는 딜레이 시간을 줄이는 방법을 제안한다.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.18
no.5
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pp.413-418
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2012
This paper presents a multi-robot path planner for environment exploration and monitoring. Robotics systems are being widely used as data measurement tools, especially in dangerous environment. For large scale environment monitoring, multiple robots are required in order to save time. The path planner should not only consider the collision avoidance but efficient coordination of robots for optimal measurements. Nonlinear spring force based planning algorithm is integrated with the spatial gradient following path planner. Perturbation/Correlation based estimation of spatial gradient is applied. An algorithm of tuning the stiffness for robot coordination is presented. The performance of the proposed algorithm is discussed with simulation results.
Whelan, Matthew J.;Gangone, Michael V.;Janoyan, Kerop D.;Hoult, Neil A.;Middleton, Campbell R.;Soga, Kenichi
Smart Structures and Systems
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v.6
no.5_6
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pp.579-593
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2010
Low-power radio frequency (RF) chip transceiver technology and the associated structural health monitoring platforms have matured recently to enable high-rate, lossless transmission of measurement data across large-scale sensor networks. The intrinsic value of these advanced capabilities is the allowance for high-quality, rapid operational modal analysis of in-service structures using distributed accelerometers to experimentally characterize the dynamic response. From the analysis afforded through these dynamic data sets, structural identification techniques can then be utilized to develop a well calibrated finite element (FE) model of the structure for baseline development, extended analytical structural evaluation, and load response assessment. This paper presents a case study in which operational modal analysis is performed on a three-span prestressed reinforced concrete bridge using a wireless sensor network. The low-power wireless platform deployed supported a high-rate, lossless transmission protocol enabling real-time remote acquisition of the vibration response as recorded by twenty-nine accelerometers at a 256 Sps sampling rate. Several instrumentation layouts were utilized to assess the global multi-span response using a stationary sensor array as well as the spatially refined response of a single span using roving sensors and reference-based techniques. Subsequent structural identification using FE modeling and iterative updating through comparison with the experimental analysis is then documented to demonstrate the inherent value in dynamic response measurement across structural systems using high-rate wireless sensor networks.
The Journal of Korean Institute of Next Generation Computing
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v.14
no.6
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pp.57-65
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2018
Conventional RF signal-based indoor localization techniques such as BLE or Wi-Fi based fingerprinting method show considerable localization errors even in small-scale indoor environments due to unstable received signal strength(RSS) of RF signals. Therefore, it is difficult to apply the existing RF-based fingerprinting techniques to large-scale indoor environments such as airports and department stores. In this paper, instead of RF signal we use the geomagnetic sensor signal for indoor localization, whose signal strength is more stable than RF RSS. Although similar geomagnetic field values exist in indoor space, an object movement would experience a unique sequence of the geomagnetic field signals as the movement continues. We use a deep neural network model called the recurrent neural network (RNN), which is effective in recognizing time-varying sequences of sensor data, to track the user's location and movement path. To evaluate the performance of the proposed geomagnetic field based indoor positioning system (IPS), we constructed a magnetic field map for a campus testbed of about $94m{\times}26$ dimension and trained RNN using various potential movement paths and their location data extracted from the magnetic field map. By adjusting various hyperparameters, we could achieve an average localization error of 1.20 meters in the testbed.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.11
no.2
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pp.1070-1088
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2017
Recently, the applications of Internet of Things (IoTs) are growing rapidly. Wireless Sensor Network (WSN) becomes an emerging technology to provide the low power wireless connectivity for IoTs. The IPv6 over low-power wireless personal area networks (6LoWPAN) has been proposed by IETF, which gives each WSN device an IPv6 address to connect with the Internet. The transmission congestion in IoTs could be a problem when a large numbers of sensors are deployed in the field. Therefore, it is important to consider whether the WSN devices have be completely integrated into the Internet with proper quality of service (QoS) requirements. The Software Defined Network (SDN) is a new architecture of network decoupling the data and control planes, and using the logical centralized control to manage the forwarding issues in large-scale networks. In this research, the SDN-based 6LoWPAN Border Router (6LBR) is proposed to integrate the transmission from WSNs to Internet. The proposed SDN-based 6LBR communicating between WSNs and the Internet will bring forward the requirements of end-to-end QoS with bandwidth guarantee. Based on our experimental results, we have observed that the selected 6LoWPAN traffic flows achieve lower packet loss rate in the Internet. Therefore, the 6LoWPAN traffic flows classified by SDN-based 6LBR can be reserved for the required bandwidth in the Internet to meet the QoS requirements.
Kim, Junhee;Swartz, R. Andrew;Lynch, Jerome P.;Lee, Jong-Jae;Lee, Chang-Geun
Smart Structures and Systems
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v.6
no.5_6
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pp.505-524
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2010
Wireless structural monitoring systems consist of networks of wireless sensors installed to record the loading environment and corresponding response of large-scale civil structures. Wireless monitoring systems are desirable because they eliminate the need for costly and labor intensive installation of coaxial wiring in a structure. However, another advantageous characteristic of wireless sensors is their installation modularity. For example, wireless sensors can be easily and rapidly removed and reinstalled in new locations on a structure if the need arises. In this study, the reconfiguration of a rapid-to-deploy wireless structural monitoring system is proposed for monitoring short- and medium-span highway bridges. Narada wireless sensor nodes using power amplified radios are adopted to achieve long communication ranges. A network of twenty Narada wireless sensors is installed on the Yeondae Bridge (Korea) to measure the global response of the bridge to controlled truck loadings. To attain acceleration measurements in a large number of locations on the bridge, the wireless monitoring system is installed three times, with each installation concentrating sensors in one localized area of the bridge. Analysis of measurement data after installation of the three monitoring system configurations leads to reliable estimation of the bridge modal properties, including mode shapes.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.39C
no.4
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pp.351-361
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2014
Compared to a terrestrial communication, the high BER(Bit Error Ratio) and low channel bandwidth are the major factor of throughput degradation due to characteristics of underwater channel. Therefore, a MAC protocol must be designed to solve this problem in UWASNs(Underwater Acoustic Sensor Networks). MAC protocols for UWASNs can be classified into two major types according to the contention scheme(Contention-free scheme and Contention-based scheme). In large scale of sensor networks, a Contention-based scheme is commonly used due to time-synchronize problem of Contention-free scheme. In the contention-based scheme, Each node contends with neighbor nodes to access network channel by using Back-off algorithm. But a Slot-Time of Back-off algorithm has long delay times which are cause of decrease network throughput. In this paper, we propose a new scheme to solve this problem. The proposed scheme uses variable Slot-Time instead of fixed Slot-Time. Each node measures propagation delay from neighbors which are used by Slot-time. Therefore, Slot-Times of each node are optimized by considering node deployment. Consequently, the wasted-time for Back-off is reduced and network throughput is improved. A new mac protocol performance in throughput and delay is assessed through NS3 and compared with existing MAC protocol(MACA-U). Finally, it was proved that the MAC protocol using the proposed scheme has better performance than existing MAC protocol as a result of comparison.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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