Due to recent increase in applications requiring huge amount of data such as spatial data analysis and image analysis, clustering on large databases has been actively studied. In a hierarchical clustering method, a tree representing hierarchical decomposition of the database is first created, and then, used for efficient clustering. Existing hierarchical clustering methods mainly adopted the bottom-up approach, which creates a tree from the bottom to the topmost level of the hierarchy. These bottom-up methods require at least one scan over the entire database in order to build the tree and need to search most nodes of the tree since the clustering algorithm starts from the leaf level. In this paper, we propose a novel top-down hierarchical clustering method that uses multidimensional indexes that are already maintained in most database applications. Generally, multidimensional indexes have the clustering property storing similar objects in the same (or adjacent) data pares. Using this property we can find adjacent objects without calculating distances among them. We first formally define the cluster based on the density of objects. For the definition, we propose the concept of the region contrast partition based on the density of the region. To speed up the clustering algorithm, we use the branch-and-bound algorithm. We propose the bounds and formally prove their correctness. Experimental results show that the proposed method is at least as effective in quality of clustering as BIRCH, a bottom-up hierarchical clustering method, while reducing the number of page accesses by up to 26~187 times depending on the size of the database. As a result, we believe that the proposed method significantly improves the clustering performance in large databases and is practically usable in various database applications.
The Cluster-based routing protocol is consumed the energy consumption efficiently, but there are many isolated nodes while clustering, so these are impeding energy efficiency. Hop-by-hop based routing protocol is suitable large-scaled network or dynamic environment. However, with the periodic flooding signal and rapid energy loss of near sink nodes, the network life time become shorter. In this paper, We propose the hybrid routing protocol that combine the cluster based routing method for energy efficiency of nodes and hop-by-hop method for re-joining the isolated nodes and load balance of nodes in the near cluster using fibonacci sequence. Based on the analysis, it is proved that the hybrid routing protocol provided higher energy efficiency and less the isolated nodes than previous methods.
In this study, we use a parallel simulator PASENS(Parallel SEnsor Network Simulator) to predict power consumption and data reception rate of the hierarchical routing protocols for sensor network - LEACH (Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy), TL-LEACH (Two Level Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy), M-LEACH (Multi hop Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy) and LEACH-C (LEACH-Centralized). According to simulation results, M-LEACH routing protocol shows the highest data reception rate for the wider area, since more sensor nodes are involved in the data transmission. And LEACH-C routing protocol, where the sink node considers the entire node's residual energy and location to determine the cluster head, results in the most efficient energy consumption and in the narrow area needed long life of sensor network.
The necessity of wireless sensor networks is increasing in the recent years. So many researches are studied in wireless sensor networks. The clustering algorithm provides an effective way to prolong the lifetime of the wireless sensor networks. The one-hop routing of LEACH algorithm is an inefficient way in the energy consumption of cluster-head, because it transmits a data to the BS(Base Station) with one-hop. On the other hand, other clustering algorithms transmit data to the BS with multi-hop, because the multi-hop transmission is an effective way. But the multi-hop routing of other clustering algorithms which transmits data to BS with multi-hop have a data bottleneck state problem. The unequal clustering algorithm solved a data bottleneck state problem by increasing the routing path. Most of the unequal clustering algorithms partition the nodes into clusters of unequal size, and clusters closer to the BS have small-size the those farther away from the BS. However, the energy consumption of cluster-head in unequal clustering algorithm is more increased than other clustering algorithms. In the thesis, I propose an energy efficient unequal clustering algorithm which decreases the energy consumption of cluster-head and solves the data bottleneck state problem. The basic idea is divided a three part. First of all I provide that the election of appropriate cluster-head. Next, I offer that the decision of cluster-size which consider the distance from the BS, the energy state of node and the number of neighborhood node. Finally, I provide that the election of assistant node which the transmit function substituted for cluster-head. As a result, the energy consumption of cluster-head is minimized, and the energy consumption of total network is minimized.
Journal of the Korea Institute of Information Security & Cryptology
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v.31
no.1
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pp.83-97
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2021
Wireless sensors that make up the Wireless Sensor Network generally have extremely limited power and resources. The wireless sensor enters the sleep state at a certain interval to conserve power. The Sleep deflation attack is a deadly attack that consumes power by preventing wireless sensors from entering the sleep state, but there is no clear countermeasure. Thus, in this paper, using clustering-based binary search tree structure, the Sleep deprivation attack detection model is proposed. The model proposed in this paper utilizes one of the characteristics of both attack sensor nodes and normal sensor nodes which were classified using machine learning. The characteristics used for detection were determined using Long Short-Term Memory, Decision Tree, Support Vector Machine, and K-Nearest Neighbor. Thresholds for judging attack sensor nodes were then learned by applying the SVM. The determined features were used in the proposed algorithm to calculate the values for attack detection, and the threshold for determining the calculated values was derived by applying SVM.Through experiments, the detection model proposed showed a detection rate of 94% when 35% of the total sensor nodes were attack sensor nodes and improvement of up to 26% in power retention.
The self-organizing map (SOM) is a unsupervised learning method projecting high-dimensional data into low-dimensional nodes. It can visualize data in 2 or 3 dimensional space using the nodes and it is available to explore characteristics of data through the nodes. To understand the structure of data, cluster analysis is often used for nodes obtained from SOM. In cluster analysis, the optimal number of clusters is one of important issues. To help to determine it, various cluster validity indexes have been developed and they can be applied to clustering outcomes for nodes from SOM. However, while SOM has an advantage in that it reflects the topological properties of original data in the low-dimensional space, these indexes do not consider it. Thus, we propose a new cluster validity index for SOM based on connectivity between nodes which considers topological properties of data. The performance of the proposed index is evaluated through simulations and it is compared with various existing cluster validity indexes.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.10
no.9
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pp.4272-4286
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2016
In resource constrained sensor networks, usage of efficient routing protocols can have significant impact on energy dissipation. To save energy, we propose an energy efficient routing protocol. In our approach, which integrates clustering and routing in sensor networks, we perform network coding during data routing in order to achieve additional power savings in the cluster head nodes. Efficacy of the proposed method in terms of the throughput and end-to-end delay is demonstrated through simulation results. Significant network lifetime is also achieved as compared with other techniques.
In this paper, we study the problem of load balancing routing in clustered-based wireless mesh network in order to enhance the overall network throughput. We first address the problems of cluster allocation in wireless mesh network to achieve load-balancing state. Due to the complexity of the problem, we proposed a simplified algorithm using gradient load-balancing model. This method searches for a localized optimal solution of cluster allocation instead of solving the optimal solution for overall network. To support for load-balancing algorithm and reduce complexity of topology control, we also introduce limited broadcasting between two clusters. This mechanism maintain shortest path between two nodes in adjacent clusters while minimizing the topology broadcasting complexity. The simulation experiments demonstrate that our proposed model achieve performance improvement in terms of network throughput in comparison with other clustering methods.
In this paper, we consider a group mobility model to formulate a clustering mechanism called Dual Coalescent Energy-Efficient Algorithm (DCEE) which is scalable, distributed and energy-efficient for wireless mesh network. The differences of the network nodes will be distinguished to exploit heterogeneity of the network. Furthermore, a topology control, that is, adjusting the transmission range to further reduce power consumption will be integrated with the cluster formation to improve network lifetime and connectivity. Along with network lifetime and power consumption, clusterhead changes will be measured as a performance metric to evaluate the. effectiveness and robustness of the algorithm.
There are two types of WSN(wireless sensor networks) in terms of sensor node's capability, that is, homogeneous or heterogeneous WSN. Even though the latter has better performance than the former, it requires some overhead for deploying nodes or clustering the network. In this paper, we propose a new scheme, called VHS(Virtual Heterogenous Sensor-Network), which uses a homogeneous WSN regarding energy in a heterogeneous way. The proposed scheme's performance has been evaluated and compared with other homogeneous schemes by simulation. The results are shown to be better than the other existing homogeneous schemes used in a sample sensor network application.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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