IEIE Transactions on Smart Processing and Computing
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v.6
no.4
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pp.299-304
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2017
A wireless passive sensor network is a network consisting of sink nodes, sensor nodes, and radio frequency (RF) sources, where an RF source transfers energy to sensor nodes by radiating RF waves, and a sensor node transmits data by consuming the received energy. Against theoretical expectations, a wireless passive sensor network suffers from many practical difficulties: scarcity of energy, non-simultaneity of energy reception and data transmission, and inefficiency in allocating time resources. Perceiving such difficulties, we propose a simple contending-type medium access control (MAC) scheme for many sensor nodes to deliver packets to a sink node. Then, we derive an approximate expression for the network-wide throughput attained by the proposed MAC scheme. Also, we present an approximate expression for the optimal partition, which maximizes the saturated network-wide throughput. Numerical examples confirm that each of the approximate expressions yields a highly precise value for network-wide throughput and finds an exactly optimal partition.
Wireless sensor networks (WSNs) are generally comprised of densely deployed sensor nodes, which results in highly redundant sensor data transmissions and energy waste. Since the sensor nodes depend on batteries for energy, previous studies have focused on designing energy-efficient medium access control (MAC) protocols to extend the network lifetime. However, the energy-efficient protocols induce an extra end-to-end delay, and therefore recent increase in focus on WSNs has led to timely and reliable communication protocols for mission-critical applications. In this paper, we propose an energy efficient and delay guaranteeing node scheduling scheme inspired by biological systems, which have gained considerable attention as a computing and problem solving technique.With the identification of analogies between cellular signaling systems and WSN systems, we formulate a new mathematical model that considers the networking challenges of WSNs. The proposed bio-inspired algorithm determines the state of the sensor node, as required by each application and as determined by the local environmental conditions and the states of the adjacent nodes. A control analysis shows that the proposed bio-inspired scheme guarantees the system stability by controlling the parameters of each node. Simulation results also indicate that the proposed scheme provides significant energy savings, as well as reliable delay guarantees by controlling the states of the sensor nodes.
The Journal of the Institute of Internet, Broadcasting and Communication
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v.17
no.2
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pp.205-210
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2017
Wireless sensor networks are useful to various unmanned monitoring application such as monitoring environments, surveillance system, unmanned space exploration, and so on. Due to the inappropriate placement of sensor nodes, there are some problems, for example, low connectivity and high overlapped sensing area. These problems can make it difficult for the data collection and lead to a waste of energy. In this paper, we propose a node relocating method to resolve the inappropriate placement of sensor nodes. Given monitoring area, we place sensor nodes randomly and find redundant nodes and move them to uncovered area. Through the simulation, We show that the proposed method is viable and efficient compared with the existing randomly locating method.
Many sensor network applications have been developed for smart home, disaster management, and a wide range of other applications. These applications, however, generally assume a fixed base station as well as fixed sensor nodes. Previous research on sensor networks mainly focused on efficient transmission of data from sensors to fixed sink nodes. Recently there has been active research on mobile sink nodes, sink mobility is one of the most comprehensive trends for information gathering in sensor networks, but the research of an environment where both fixed sink nodes and mobile sinks are present at the same time is rather scarce. This paper proposes a scheme for context-aware by ubiquitous devices with the sink functionality added through fixed sinks under a previously-built, cluster-based multi-hop sensor network environment. To this end, clustering of mobile devices were done based on the fixed sinks of a previously-built sensor network, and by using appropriate fixed sinks, context gathering was made possible. By mathematical comparison with TTDD routing protocol, which was proposed for mobile sinks, it was confirmed that performance increases by average 50% in energy with the number of mobile sinks, and with the number of movements by mobile devices.
Journal of the Korea Society of Computer and Information
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v.22
no.5
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pp.81-88
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2017
Solar-powered wireless sensor nodes can use extra energy to obtain additional data to increase the precision. However, if the amount of data sensed is increased indiscriminately, the overhead of relay nodes may increase, and their energy may be exhausted. In this paper, we introduce a sensing and compression rate selection scheme to increase the amount of data obtained while preventing energy exhaustion. In this scheme, the neighbor nodes of the sink node determine the limit of data to be transmitted according to the allocated energy and their descendant nodes, and the other nodes select a compression algorithm appropriate to the allocated energy and the limitation of data to be transmitted. A simulation result verifies that the proposed scheme gathers more data with a lower number of blackout nodes than other schemes. We also found that it adapts better to changes in node density and the amount of energy harvested.
Wireless sensor network is based on an event driven system. Sensor nodes collect the events in surrounding environment and the sensing data are relayed into a sink node. In particular, when events are detected, the data sensing periods are likely to be shorter to get the more correct information. However, this operation causes the traffic congestion on the sensor nodes located in a routing path. Since the traffic congestion generates the data queue overflows in sensor nodes, the important information about events could be missed. In addition, since the battery energy of sensor nodes exhausts quickly for treating the traffic congestion, the entire lifetime of wireless sensor networks would be abbreviated. In this paper, a new congestion control method is proposed on the basis of genetic algorithm. To apply genetic algorithm, the data traffic rate of each sensor node is utilized as a chromosome structure. The fitness function of genetic algorithm is designed from both the average and the standard deviation of the traffic rates of sensor nodes. Based on dominant gene sets, the proposed method selects the optimal data forwarding sensor nodes for relieving the traffic congestion. In experiments, when compared with other methods to handle the traffic congestion, the proposed method shows the efficient data transmissions due to much less queue overflows and supports the fair data transmission between all sensor nodes as possible. This result not only enhances the reliability of data transmission but also distributes the energy consumptions across the network. It contributes directly to the extension of total lifetime of wireless sensor networks.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.20
no.5
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pp.942-948
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2016
WSN based on wireless sensor nodes, Sensor nodes can not be reassigned and recharged if they once placed. Each sensor node comes into being involved to a communication network with its limited energy. But the existing proposed clustering techniques, being applied to WSN environment with irregular dispersion of sensor nodes, have the network reliability issues which bring about a communication interruption with the local node feature of unbalanced distribution in WSN. Therefore, the communications participation of the sensor nodes in the suggested algorithm is extended by 25% as the sensor field divided in the light of the non-uniformed distribution of sensor nodes and a static or a dynamic clustering algorithm adopted according to its partition of sensor node density in WSN. And the entire network life cycle was extended by 14% to ensure the reliability of the network.
Yasmine-Derdour, Yasmine-Derdour;Bouabdellah-Kechar, Bouabdellah-Kechar;Faycal-Khelfi, Mohammed
Journal of Information Processing Systems
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v.12
no.2
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pp.275-294
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2016
A primary task in wireless sensor networks (WSNs) is data collection. The main objective of this task is to collect sensor readings from sensor fields at predetermined sinks using routing protocols without conducting network processing at intermediate nodes, which have been proved as being inefficient in many research studies using a static sink. The major drawback is that sensor nodes near a data sink are prone to dissipate more energy power than those far away due to their role as relay nodes. Recently, novel WSN architectures based on mobile sinks and mobile relay nodes, which are able to move inside the region of a deployed WSN, which has been developed in most research works related to mobile WSN mainly exploit mobility to reduce and balance energy consumption to enhance communication reliability among sensor nodes. Our main purpose in this paper is to propose a solution to the problem of deploying mobile data collectors for alleviating the high traffic load and resulting bottleneck in a sink's vicinity, which are caused by static approaches. For this reason, several WSNs based on mobile elements have been proposed. We studied two key issues in WSN mobility: the impact of the mobile element (sink or relay nodes) and the impact of the mobility model on WSN based on its performance expressed in terms of energy efficiency and reliability. We conducted an extensive set of simulation experiments. The results obtained reveal that the collection approach based on relay nodes and the mobility model based on stochastic perform better.
The value of sensing information is decided according to positions of sensor nodes, which are very important in sensor networks. In this paper, we propose a method that estimates positions of nodes by using adjacent node information and received signal strength in a sensor network. With the proposed method, we can find positions of nodes easily because we use information that nodes have. Moreover, we can find distribution easily for all the nodes because we can measure a relative position for a node whose position is not known based on anchor nodes whose positions are already known. We utilized Use case diagram, activity diagram and State machine diagram among several diagrams of UML to implement proposed method in sensor networks that is dynamic system. We can understand exact flow for each function of the proposed method in node position estimation system can be implemented easily. And we can be confirmed that the position of estimated nodes has a little error.
Wireless sensor networks are usually characterized by dense deployment of energy constrained nodes. Due to the usage of a large number of sensor nodes in uncontrolled hostile or harsh environments, node failure is a common event in these systems. Another common reason for node failure is the exhaustion of their energy resources and node inactivation. Such failures can have adverse effects on the quality of the real-time services in Wireless Sensor Networks (WSNs). To avoid such degradations, it is necessary that the failures be recovered in a proper manner to sustain network operation. In this paper we present a dynamic Energy efficient Real-Time Job Allocation (ERTJA) algorithm for handling node failures in a cluster of sensor nodes with the consideration of communication energy and time overheads besides the nodes' characteristics. ERTJA relies on the computation power of cluster members for handling a node failure. It also tries to minimize the energy consumption of the cluster by minimum activation of the sleeping nodes. The resulting system can then guarantee the Quality of Service (QoS) of the cluster application. Further, when the number of sleeping nodes is limited, the proposed algorithm uses the idle times of the active nodes to engage a graceful QoS degradation in the cluster. Simulation results show significant performance improvements of ERTJA in terms of the energy conservation and the probability of meeting deadlines compared with the other studied algorithms.
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