In this paper, an interference aware distributed multi-channel MAC (IDMMAC) protocol is proposed for wireless sensor and actor networks (WSANs). The WSAN consists of a huge number of sensors and ample amount of actors. Hence, in the IDMMAC protocol a lightweight channel selection mechanism is proposed to enhance the sensor's lifetime. The IDMMAC protocol divides the beacon interval into two phases (i.e., the ad-hoc traffic indication message (ATIM) window phase and data transmission phase). When a sensor wants to transmit event information to the actor, it negotiates the maximum packet reception ratio (PRR) and the capacity channel in the ATIM window with its 1-hop sensors. The channel negotiation takes place via a control channel. To improve the packet delivery ratio of the IDMMAC protocol, each actor selects a backup cluster head (BCH) from its cluster members. The BCH is elected based on its residual energy and node degree. The BCH selection phase takes place whenever an actor wants to perform actions in the event area or it leaves the cluster to help a neighbor actor. Furthermore, an interference and throughput aware multi-channel MAC protocol is also proposed for actor-actor coordination. An actor selects a minimum interference and maximum throughput channel among the available channels to communicate with the destination actor. The performance of the proposed IDMMAC protocol is analyzed using standard network parameters, such as packet delivery ratio, end-to-end delay, and energy dissipation, in the network. The obtained simulation results indicate that the IDMMAC protocol performs well compared to the existing MAC protocols.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea CI
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v.48
no.6
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pp.88-96
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2011
Underwater acoustic communication is applicable in various areas, such as ocean data collection, undersea exploration and development, tactical surveillance, etc. Thus, robot control system construction used for underwater-robot like AUV or ROV is essential in these areas. In this paper, we propose the Message Merging MAC($M^2$-MAC) protocol, which is suitable for real time robot control system, considering energy efficiency in important parts of underwater acoustic sensor network constitution. In this proposed MAC protocol, gateway node receives the data from robot nodes according to the time slots that were allotted previously. And messages delivered from base-station are generated to one MAC frame by buffering process. Finally, generated MAC frames are broadcasted to all robot nodes in the cluster. Our suggested MAC protocol can also be hybrid MAC protocol, which is successful blend of contention based and contention-free based protocol through relevant procedure with Maintenance&Sleep (M&S) period, when new nodes join and leave as an orphan. We propose mathematical analysis model concerned about End-to-End delay and energy consumption, which is important factor in constructing real-time robot control system. We also verify the excellence of performance according to comparison of existing MAC protocols with our scheme.
This paper proposes a medium-access control(MAC) protocol designed for wireless multi-hop sensor networks which is used for connecting physical world and cyber computing space. Wireless multi-hop sensor networks use battery-operated computing and sensing device. We expect sensor networks to be deployed in an ad hoc fashion, with nodes remaining inactive for long time, but becoming suddenly active when specific event is detected. These characteristics of multi-hop sensor networks and applications motivate a MAC that is different from traditional wireless MACs about power conservation scheme, such as IEEE 802.11. Proposed MAC uses a few techniques to reduce energy consumption. Result show that proposed MAC obtains more energy sayings.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.10
no.3
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pp.1052-1070
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2016
Wireless Body Area Networks (WBANs) have received a lot of attention as a promising technology for medical and healthcare applications. A WBAN should guarantee energy efficiency, data reliability, and low data latency because it uses tiny sensors that have limited energy and deals with medical data that needs to be timely and correctly transferred. To satisfy this requirement, many multi-radio multi-channel MAC protocols have been proposed, but these cannot be implemented on current off-the-shelf sensor nodes because they do not support multi-radio transceivers. Thus, recently single-radio multi-channel MAC protocols have been proposed; however, these methods are energy inefficient due to data duplication. This paper proposes a TDMA-based single-radio, multi-channel MAC protocol that uses the Unbalanced Star+Mesh topology to satisfy the requirements of WBANs. Our analytical analysis together experiments using real sensor nodes show that the proposed protocol outperforms existing methods in terms of energy efficiency, reliability, and low data latency.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.6
no.12
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pp.3046-3060
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2012
Low power listening (LPL) MAC protocols based on duty-cycling mechanism have been studied extensively to achieve ultra low energy consumption in wireless sensor networks (WSNs). Especially, recent ACK-based LPL schemes such as X-MAC employ strobe preambles and an early ACK, and show fair performances in communications and energy efficiencies. However, the state-of-the-art ACK-based LPL scheme still suffers from collision problems due to the protocol incompleteness. These collision effects are not trivial and make WSNs unstable, aggravate energy consumptions. In this paper, we propose two novel schemes; (i) ${\tau}$-duration CCA to mitigate the collision problem in ACK-based LPL MAC protocols. (ii) Short Preamble Counter (SPC) to conserve more energy by reducing unnecessary overhearing. We demonstrate the performance improvement of our scheme via a mathematical analysis and real-time experiments. Both analysis and experimental results confirm that our proposed scheme saves energy by up to 36% compared to the naive ACK-based LPL MAC protocol thanks to ${\tau}$-duration CCA and SPC.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.34
no.6A
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pp.506-514
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2009
To minimize energy consumption, most of MAC Protocols in WSNs exploit low duty cycling. Among those, RMAC [4] allows a node to transmit a data packet for multiple hops in a single duty cycle, which is made possible by exploiting a control frame named Pioneer (PION) in setting up the path. In this paper, we present a MAC Protocol called Hop Extended MAC (HE-MAC) that transmits the data packet for more multiple hops in a single duty cycle. It employs an EXP (Explorer) frame to set up the multiple hop transmission, which contains the information of the maximum hop that a packet can be transmitted. With the use of the information in EXP and an internal state of Ready to Receive (RTR), HEMAC extends the relay of the packet beyond the termination of the data period by two more hops compared to RMAC. Along with our proposed adaptive sleeping method, it also reduces power consumption and handles heavy traffic efficiently without experiencing packet inversion observed in RMAC. We analytically obtain the packet delivery latency in HE-MAC and evaluate the performance through ns-2 simulations. Compared to RMAC, HE-MAC achieves 14% less power consumption and 20% less packet delay on average for a random topology of 300 nodes.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.37
no.1C
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pp.54-62
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2012
A Wi-Fi mesh network providing multi-hop wireless connections based on IEEE 802.11 PHY/MAC technology has recently received a significant attention as a network infrastructure that interconnects RFID systems and wireless sensor networks (WSNs). However, the current IEEE 802.11 contention-based MAC protocol cannot fully utilize the network capacity due to eithor frame collisions or unused network resources. In this paper, we propose a novel multi-channel scheduling MAC (MCS-MAC) protocol for Wi-Fi mesh networks. Under the secondary interference model of Wi-Fi mesh networks, the MCS-MAC protocol can maximize the network throughput via activation of collision-free links that has a maximal link weight. Through the simulations, we show that the throughput of the MCS-MAC protocol is at least three times higher than that of existing MAC protocols in Wi-Fi mesh networks.
Berkley Media Access Control (B-MAC) protocol is one of the well-known MAC protocols, which uses adaptive preamble sampling scheme and is designed for wireless sensor networks (WSN). In this paper, we are reviewed about security vulnerability in B-MAC, and analyzed the power which is consumed at each stage of B-MAC protocol according to vulnerability of denial of sleep(DoS) and replay problem. From our analytical results, it can be considered the need of power efficient authentication scheme which provides the reliability, efficiency, and security for a general B-MAC communication. This is the case study of possible DoS vulnerability and its power consumption in B-MAC.
Journal of information and communication convergence engineering
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v.8
no.1
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pp.122-128
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2010
Efficient energy management is a very important issue in wireless sensor network since wireless sensor nodes are usually battery-powered. Recently, S-MAC protocol based on low duty-cycle has been proposed to reduce energy consumption. Even though research effort has been made to evaluate performance of S-MAC by conducting various simulations, however, some important simulation parameters are not well evaluated yet. In this paper, we identify the performance of S-MAC under different amount of streams and different patterns such as data rate and traffic. Through analyzing the simulation results, we discover weakness of S-MAC as well as analyze impact of amount of streams and packet pattern.
The development of wireless sensor networks (WSN) can be motivated by several types of applications. However, these applications demand an energy-efficient WSN that can prolong the network lifetime and can provide high throughput, low latency and delay. Designing wireless sensor networks with the capability of prolonging network lifetime catch the attention of many researchers in wireless system and network field. Contrasts with Mobile Ad Hoc Network system, Wireless Sensor Networks designs focused more on survivability of each node in the network instead of maximizing data throughput or minimizing end-to-end delay. In this paper, we will study part of data link layer in Open Systems Interconnection (OSI) model, called medium access control (MAC) layer. Since the MAC development of energy aware MAC Protocol for wireless sensor layer controls the physical radio part, it has a large impact on the overall energy consumption and the lifetime of a node. This paper proposes a analytical approach that tries to reduce idle energy consumption, and shows the increasement of network end-to-end arrival rate due to efficiency in energy consumption from time slot management.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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