In this work, we address the so-called sensor reachback problem for Wireless Sensor Networks, which consists in collecting the measurements acquired by a large number of sensor nodes into a sink node which has major computational and power capabilities. Focused on applications such as Structural Health Monitoring, we propose a cooperative communication protocol that exploits the spatio-temporal correlations of the sensor measurements in order to save energy when transmitting the information to the sink node in a non-stationary environment. In addition to cooperative communications, the protocol is based on two well-studied adaptive filtering techniques, Least Mean Squares and Recursive Least Squares, which trade off computational complexity and reduction in the number of transmissions to the sink node. Finally, experiments with real acceleration measurements, obtained from the Canton Tower in China, are included to show the effectiveness of the proposed method.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.2
no.5
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pp.265-277
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2008
In spite of previous common assumptions about the incompatibility of public key cryptography (PKC) schemes with wireless sensor networks (WSNs), recent works have shown that they can be utilized for such networks in some manner. The major challenge of employing a PKC-based scheme in a wireless sensor network is posed by the resource limitations of the tiny sensors. Considering this sensor feature, in this paper we propose an efficient PKC-based security architecture with relatively lower resource requirements than those of previously proposed PKC schemes for WSN. In addition, our scheme aims to provide robust security in the network. Our security architecture comprises two basic components; a key handshaking scheme based on simple, linear operations and the derivation of a decryption key by a receiver node. Our architecture enables node-to-base-station and node-to-node secure communications. Analysis and simulation results show that our proposed architecture ensures a good level of security for network communications, and can be effectively implemented with the limited computational, memory, and energy budgets of current-generation sensor nodes.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.10
no.12
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pp.5442-5463
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2016
Designing efficient routing protocols for a wireless sensor network with mobile sinks (mWSN) is a challenging task since the network topology and data paths change frequently as sink nodes move. In this paper, we design a novel lightweight reactive ring based routing protocol called R3, which removes the need of proactively maintaining data paths to mobile sinks as they move in the network. To achieve high packet delivery ratio and low transmission cost, R3 combines ring based forwarding and trail based forwarding together. To support efficient ring based forwarding, we build a ring based structure for a network in a way such that each node in the network can easily obtain its ring ID and virtual angle information. For this purpose, we artificially create a virtual hole in the central area of the network and accordingly find a shortest cycled path enclosing the hole, which serves as base ring and is used for generating the remaining ring based structure. We accordingly present the detailed design description for R3, which only requires each node to keep very limited routing information. We derive the communication overhead by ring based forwarding. Extensive simulation results show that R3 can achieve high routing performance as compared with existing work.
Jo Yong-hyun;Lee Hyang-tack;Roh Byeong-hee;Yoo S.W.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.30
no.11A
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pp.1064-1072
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2005
For the efficient operation of sensor networks, it is very important to design sensor networks for sensors to utilize their energies in very effective ways. Cluster-based routing schemes such as LEACH can achieve their energy efficiencies by delivering data between cluster heads and sensor nodes. In those cluster-based schemes, cluster reconfiguration algorithm is one of the most critical issues to achieve longer operation lifetime of sensor networks. In this paper, we propose a new energy efficient cluster reconfiguration algorithm. Proposed method does not require any location or energy information of sensors, and can configure clusters with fair cluster regions such that all the sensors in a sensor network can utilize their energies equally. The performances of the proposed scheme have been compared with LEACH and LEACH-C.
A convergecast is a popular routing scheme in wireless sensor networks (WSNs) in which every sensor node periodically forwards measured data along configured routing paths to a base station (BS). Prolonging lifetimes in energy-limited WSNs is an important issue because the lifetime of a WSN influences on its quality and price. Low-energy adaptive clustering hierarchy (LEACH) was the first attempt at solving this lifetime problem in convergecast WSNs, and it was followed by other solutions including power efficient gathering in sensor information systems (PEGASIS) and power efficient data gathering and aggregation protocol (PEDAP). Our solution-chain routing with even energy consumption (CREEC)-solves this problem by achieving longer average lifetimes using two strategies: i) Maximizing the fairness of energy distribution at every sensor node and ii) running a feedback mechanism that utilizes a preliminary simulation of energy consumption to save energy for depleted Sensor nodes. Simulation results confirm that CREEC outperforms all previous solutions such as LEACH, PEGASIS, PEDAP, and PEDAP-power aware (PA) with respect to the first node death and the average lifetime. CREEC performs very well at all WSN sizes, BS distances and battery capacities with an increased convergecast delay.
Recently, with the advances in sensor techniques and net work computing, Ubiquitous Sensor Network (USN) has been received a lot of attentions from various communities. The sensor nodes distributed in the sensor network tend to continuously generate a large amount of data, which is called stream data. Sensor stream data arrives in an online manner so that it is characterized as high-speed, real-time and unbounded and it requires fast data processing to get the up-to-date results. The data stream has many application domains such as traffic analysis, physical distribution, U-healthcare and so on. Therefore, there is an overwhelming need of a USN middleware for processing such online stream data to provide corresponding services to diverse applications. In this paper, we propose a novel USN middleware which can provide users both context-aware service and meaningful sequential patterns. Our proposed USN middleware is mainly focused on location based applications which use stream location data. We also show the implementation of our proposed USN middleware. By using the proposed USN middleware, we can save the developing cost of providing context aware services and stream sequential patterns mainly in location based applications.
A lot of researches have done for WSN(Wireless Sensor Networks) authentication. Those are divided by whether using certificates or not for the authentication. In this paper, we proposed certificateless protocol. As simplifying the process of authentication, overall the process become faster and the load of the sensor node is decreased. Using the method we proposed, the energy consumption is decreased. That is because instead using keyed hash authentication code(HMAC) simple one way hash function was used. The study confirmed that it could operate on sensor nodes with extremely limited resources and low processing power.
Wireless sensor networks have many sensor nodes which response sudden events in a sensor fields. Some efficient routing protocol is required in a sensor networks with mobile sink node. A data-path template is offered for the data announcement and data request from source node and sink node respectively. Sensed data are transferred from source node to sink node using short-distance calculation. Typical protocols for the wireless networks with mobile sink are TTDD(Two-Tier Data Dissemination) and CBPER(Cluster-Based Power-Efficient Routing). The porposed SPDR(Short-Path Data Routing) protocol in this paper shows more improved energy efficiencies from the result of simulations than the typical protocols.
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.13
no.5
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pp.875-885
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2010
Recently, the role of Ubiquitous Sensor Network(USN) has been considered to be essential for supporting the near future Network Centric Warfare(NCW) and Tactical Information Communication Network(TICN). In this paper, we explore a set of data storage methods(external storage, local storage and data storage) and query processing methods in WSN. In particular, we focus on analyzing a novel data structure for supporting the local storage method, named the partial ordered tree(POT). The main idea behind POT is that sensor readings are usually correlated with the physical spatial domain. With the help of POT, only a small portion of sensor nodes participate in query processing tasks, and thus network lifetime is greatly increased. Through a series of simulation experiments, we demonstrate that the POT based local storage method clearly outperforms the existing data storage methods in terms of the energy-efficiency, which directly affects the network lifetime, for processing exact match queries, range queries and top-k queries.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.5
no.1
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pp.105-122
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2011
The fundamental design goal of wireless sensor MAC protocols is to minimize unnecessary power consumption of the sensor nodes, because of its stringent resource constraints and ultra-power limitation. In existing MAC protocols in wireless sensor networks (WSNs), duty cycling, in which each node periodically cycles between the active and sleep states, has been introduced to reduce unnecessary energy consumption. Existing MAC schemes, however, use a fixed duty cycling regardless of multi-hop communication and traffic fluctuations. On the other hand, there is a tradeoff between energy efficiency and delay caused by duty cycling mechanism in multi-hop communication and existing MAC approaches only tend to improve energy efficiency with sacrificing data delivery delay. In this paper, we propose two different MAC schemes (ADS-MAC and ELA-MAC) using closed-loop control in order to achieve both energy savings and minimal delay in wireless sensor networks. The two proposed MAC schemes, which are synchronous and asynchronous approaches, respectively, utilize an adaptive timer and a successive preload frame with closed-loop control for adaptive duty cycling. As a result, the analysis and the simulation results show that our schemes outperform existing schemes in terms of energy efficiency and delivery delay.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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