The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.36
no.9C
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pp.573-580
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2011
WSNs (Wireless Sensor Networks) are becoming more widely used in various fields, and improving localization performance is a crucial and essential issue for sensor network applications. In this paper, we propose a low-complexity localization mechanism for WSNs that operates in 3D (Three-Dimensional) space. The basic idea is to use aerial vehicles or flying objects that are deliberately equipped with the anchor nodes. These anchor nodes periodically broadcast beacon signals containing their current locations, and the unknown nodes receive these signals as soon as they enter the communication range of the anchors. We estimate the locations of the unknown nodes based on the proposed scheme that transforms the 3D problem into 2D computations to reduce the complexity of 3D localization. Simulated results show that our approach is an effective scheme for 3D self-positioning in WSNs.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.13
no.10
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pp.4940-4957
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2019
Compared with the localization methods in the static sensor networks, node localization in dynamic sensor networks is more complicated due to the mobility of the nodes. Dynamic Sampling Localization Algorithm Based on Virtual Anchor (DSLA) is proposed in this paper to localize the unknown nodes in dynamic sensor networks. Firstly, DSLA algorithm predicts the speed and movement direction of nodes to determine a sector sampling area. Secondly, a method of calculating the sampling quantity with the size of the sampling area dynamically changing is proposed in this paper. Lastly, the virtual anchor node, i.e., the unknown node that got the preliminary possible area (PLA), assists the other unknown nodes to reduce their PLAs. The last PLA is regarded as a filtering condition to filter out the conflicting sample points quickly. In this way, the filtered sample is close to its real coordinates. The simulation results show that the DSLA algorithm can greatly improve the positioning performance when ensuring the execution time is shorter and the localization coverage rate is higher. The localization error of the DSLA algorithm can be dropped to about 20%.
The field-programmable gate array (FPGA) is gaining popularity in industrial automation such as nuclear power plant instrumentation and control (I&C) systems due to the benefits of having non-existence of operating system, minimum software errors, and minimum common reason failures. Separate functions can be processed individually and in parallel on the same integrated circuit using FPGAs in comparison to the conventional microprocessor-based systems used in any plant operations. The use of FPGAs offers the potential to minimize complexity and the accompanying difficulty of securing regulatory approval, as well as provide superior protection against obsolescence. Wireless sensor networks (WSNs) are a new technology for acquiring and processing plant data wirelessly in which sensor nodes are configured for real-time signal processing, data acquisition, and monitoring. ZigBee (IEEE 802.15.4) is an open worldwide standard for minimum power, low-cost machine-to-machine (M2M), and internet of things (IoT) enabled wireless network communication. It is always a challenge to follow the specific topology when different Zigbee nodes are placed in a large network such as a plant. The research article focuses on the hardware chip design of different topological structures supported by ZigBee that can be used for monitoring and controlling the different operations of the plant and evaluates the performance in Vitex-5 FPGA hardware. The research work presents a strategy for configuring FPGA with ZigBee sensor nodes when communicating in a large area such as an industrial plant for real-time monitoring.
Because sensor nodes operate with the limited power based on battery which cannot be easily replaced, energy efficiency is a fundamental issue pervading the design of communication protocols developed for wireless sensor networks. In wireless networks, energy efficient MAC protocols can usually be described as being either a contention-based protocol or a schedule-based protocol. It is suitable to use combination of both contention-based protocol and schedule-based protocol, because the strengths and weaknesses of these protocols are contrary to each other. In this paper, in order to minimize energy consumption of sensor nodes and maximize network lifetime, we propose a new MAC protocol called "Tiered-MAC" The Tiered-MAC uses a schedule-based TDMA inside maximum transmission range of sink node and a contention-based CSMA otherwise. Therefore, by efficiently managing the congested traffic area, the Tiered-MAC reduces the unnecessary energy consumption. Based on the ns-2 simulation result, we prove that the Tiered-MAC improves the energy-efficiency of sensor network nodes.
Sensor network clustering scheme is an efficient method that prolongs network lifetime. However, when it is applied to an environment in which collected data of the sensor nodes easily overlap, sensor node unnecessarily consumes energy. Accordingly, we proposed a data prediction scheme that sensor node can predict current data to exclude redundant data transmission and to minimize data transmission among the cluster head node and member nodes. Our scheme excludes redundant data collection by neighbor nodes. Thus it is possible that energy efficient data transmission. Moreover, to alleviate unnecessary data transmission, we introduce data prediction graph whether transmit or not through analyze between prediction and current data. According to the result of performance analysis, our method consume less energy than the existing clustering method. Nevertheless, transmission efficiency and data accuracy is increased. Consequently, network lifetime is prolonged.
Recently, wireless sensor networks are deployed in various applications range from simple environment monitoring systems to complex systems, which generate large amount of information, like motion monitoring, military, and telematics systems. Although wireless sensor network nodes are operated with low-power 8bit processor to execute simple tasks like environment monitoring, the nodes in these complex systems have to execute more difficult tasks. Generally, MAC protocols for wireless sensor networks attempt to reduce the energy consumption using duty cycling mechanism which means the nodes periodically sleep and wake. However, in the duty cycling mechanism. a node should wait until the target node wakes and the sleep latency increases as the number of hops increases. This sleep latency can be serious problem in complex and sensitive systems which require high speed data transfer like military, wing of airplane, and telematics. In this paper, we propose a solution for reducing transmission latency through distributed duty cycling (DDC) in wireless sensor networks. The proposed algorithm is evaluated with real-deployment experiments using CC2420DBK and the experiment results show that the DDC algorithm reduces the transmission latency significantly and reduces also the energy consumption.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.21
no.1
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pp.187-192
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2017
In dense deployments of sensor nodes in Wireless Sensor Networks, the MAC protocol has challenges to solve problems such as reducing delivery delay and reducing energy consumption. To solve these problems lots of protocols are suggested. This paper proposed a sensor nodes' residual energy based wake-up control mechanism, in which each node decides whether it wakes up or stays in sleep mode to save energy consumption by reducing unnecessary idle listening. The main idea of the wake-up control mechanism is to save node's energy consumption. The proposed wake-up control mechanism is based on the RI-MAC protocol, which is one of the receiver-initiated MAC protocols. A receiver node in the proposed mechanism periodically wakes up and broadcasts a beacon signal based on the energy status of the node. A receiver node also adjusts wake-up period based on the traffics. Results have shown that the proposed MAC protocol outperformed RI-MAC protocol in the terms of energy consumption.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SC
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v.48
no.6
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pp.34-42
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2011
With the progress of USN technology, fields to which wireless sensor node is applicable are increased under a condition that it holds a lot of problems to solve for betterment. One of the problems which acts as an obstacle to USN industry diffusion is the wireless sensor node battery exchange to their individual life cycle. Exchanging the battery of so many sensor nodes one by one requires a great deal of times and costs. Such problem is against the convenience supply -aim by applying USN technology. In this paper, using RF wireless power transmission system that power transmission / harvesting module from a distance of 5 m and the power of 10 dBm with a current of 1 mA or more for Sensor Nodes in lithium-polymer battery charging system tested and verified.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.10
no.2
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pp.504-521
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2016
Recently, energy harvesting technology has been integrated into wireless sensor networks to ameliorate the nodes' energy limitation problem. In theory, the wireless sensor node equipped with an energy harvesting module can work permanently until hardware failures happen. However, due to the change of power supply, the traditional hierarchical network routing protocol can not be effectively adopted in energy harvesting wireless sensor networks. In this paper, we improve the Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy (LEACH) protocol to make it suitable for the energy harvesting wireless sensor networks. Specifically, the cluster heads are selected according to the estimation of nodes' harvested energy and consumed energy. Preference is given to the nodes with high harvested energy while taking the energy consumption rate into account. The utilization of harvested energy is mathematically formulated as a max-min optimization problem which maximizes the minimum energy conservation of each node. We have proved that maximizing the minimum energy conservation is an NP-hard problem theoretically. Thus, a polynomial time algorithm has been proposed to derive the near-optimal performance. Extensive simulation results show that our proposed routing scheme outperforms previous works in terms of energy conservation and balanced distribution.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea CI
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v.48
no.5
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pp.99-106
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2011
In many applications, wireless sensor networks could be thought as data-centric networks, and the sensor nodes are densely distributed over a large sensor field. The sensor nodes are normally vulnerable in terms of security since they are very often deployed in a hostile environment and open space. In this paper, we propose a scheme for contents-based anomaly detection in wireless sensor networks. In this scheme we use the characteristics of sensor networks where several nodes surrounding an event point can simultaneously detect the phenomenon occurring and the contents detected from these sensors are limited to inside a certain range. The proposed scheme consists of several phases; training, testing and refining phases. Anomaly candidates detected by the distance-based anomaly detection scheme in the testing phase are sent to the refining phase. They are then compared in the sink node with previously collected data set to improve detection performance in the refining phase. Our simulation results suggest the effectiveness of the proposed scheme in this paper evidenced by the improvements of the detection rate and the false positive rate.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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