KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.3
no.6
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pp.612-627
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2009
The high-level contribution of this paper is to illustrate the effectiveness of using graph theory tree traversal algorithms (pre-order, in-order and post-order traversals) to generate the chain of sensor nodes in the classical Power Efficient-Gathering in Sensor Information Systems (PEGASIS) data aggregation protocol for wireless sensor networks. We first construct an undirected minimum-weight spanning tree (ud-MST) on a complete sensor network graph, wherein the weight of each edge is the Euclidean distance between the constituent nodes of the edge. A Breadth-First-Search of the ud-MST, starting with the node located closest to the center of the network, is now conducted to iteratively construct a rooted directed minimum-weight spanning tree (rd-MST). The three tree traversal algorithms are then executed on the rd-MST and the node sequence resulting from each of the traversals is used as the chain of nodes for the PEGASIS protocol. Simulation studies on PEGASIS conducted for both TDMA and CDMA systems illustrate that using the chain of nodes generated from the tree traversal algorithms, the node lifetime can improve as large as by 19%-30% and at the same time, the energy loss per node can be 19%-35% lower than that obtained with the currently used distance-based greedy heuristic.
This paper presents a data gathering and scheduling scheme for wireless sensor networks. We use a data gathering tree for sending the data from the sensor node to the base station. For an energy efficient operation of the sensor networks in a distributed manner, a time tree is built in order to reduce the collision probability and to minimize the total energy required to send data to the base station. A time tree is a data gathering tree where the base station is the root and each sensor node is either a relaying or a leaf node of the tree. Each tree operates in a different time schedule with possible different activation rate. Through the simulation, we found that the proposed scheme that uses time trees shows better characteristics in energy and data arrival rate when compared with other schemes such as SMAC and DMAC.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.32
no.1B
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pp.53-60
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2007
We investigate the end-to-end delay bounds in large scale networks with Differentiated services (DiffServ) architecture. It is generally understood that networks with DiffServ architectures, where packets are treated according to the class they belong, can guarantee the end-to-end delay for packets of the highest priority class, only in lightly utilized cases. We focus on tree networks, which are defined to be acyclic connected graphs. We obtain a closed formula for delay bounds for such networks. We show that, in tree networks, the delay bounds exist regardless of the level of network utilization. These bounds are quadratically proportional to the maximum hop counts in heavily utilized networks; and are linearly proportional to the maximum hop counts in lightly utilized networks. Considering that tree networks, especially the Ethernet networks are being accepted more and more for access networks as well as provider networks, we argue that based on these delay bounds DiffServ architecture is able to support real time applications even for a large network. Throughout the paper we use Latency-Rate (LR) server model, with which it has proven that FIFO and Strict Priority are LR servers to each flows in certain conditions.
Since wireless sensor networks consist of nodes with the constrained battery, it is important to construct the topology performing energy-efficient routing while maximizing the whole network lifetime. Previous works related to this do not take into consideration the specific communication pattern in wireless sensor networks. In this paper, we propose a novel routing algorithm, called Up-Down Tree(UDT), which first constructs the tree topology based on distance and then adjusts the transmission range determined by the two different phases, tree setup and data gathering, to adapt the specific communication pattern in wireless sensor networks. Therefore, the UDT can improve energy efficiency, maximize the network lifetime, and block network partition Simulation results show that the UDT has the improved energy efficiency by constructing the optimal topology.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.30
no.11B
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pp.772-783
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2005
In this paper, we propose an effective multicasting protocol in wireless ad-hoc networks. Conventional wired and wireless network multicast protocols do not perform well in wireless ad hoc networks because they were designed without consideration of ad hoc environments such as node mobility, limited bandwidth, high error probability. To solve this problem, some multicasting protocols for ad hoc network have been proposed in the literature. However, these protocols can not provide high packet delivery ratio, low control packet overhead and low expended bandwidth at the same time. Therefore, in this paper, we propose RTMA that improves multicasting performance in wireless ad hoc networks. RTMA calculates its current region from its position information by using GPS in order to make tree among the multicast group nodes in the same region. The proposed region-based tree method is for high packet delivery ratio, low control packet overhead when many senders send data packets. RTMA makes a reliable tree by using speed information to fill a gap of the weak points of the tree structure. When searching the routing path, RTMA selects the reliable path excluding high speed nodes.
The Journal of the Institute of Internet, Broadcasting and Communication
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v.17
no.3
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pp.107-114
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2017
In beacon-enabled mode, beacon collision is a significant problem for the scalability of cluster-tree wireless sensor networks. In this paper, multi-channel time division scheduling (MCTS) is proposed to prevent beacon collisions and provide scalability. A coordinator broadcasts a beacon frame, including information on allocated channels and time-slots, and a new node determines its own channel and time-slot. The performance of the proposed method is evaluated by comparing the proposed approach with a typical ZigBee. MCTS prevents beacon collisions in cluster-tree wireless sensor networks. It enables large-scale wireless sensor networks based on a cluster tree to be scalable and effectively constructed.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.6
no.4
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pp.1223-1247
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2012
The need for securing Wireless Sensor Networks (WSNs) is essential especially in mission critical fields such as military and medical applications. Security techniques that are used to secure any network depend on the security requirements that should be achieved to protect the network from different types of attacks. Furthermore, the characteristics of wireless networks should be taken into consideration when applying security techniques to these networks. In this paper, energy efficient Security Model for Tree-based Routing protocols (SMTR) is proposed. In SMTR, different attacks that could face any tree-based routing protocol in WSNs are studied to design a security reference model that achieves authentication and data integrity using either Message Authentication Code (MAC) or Digital Signature (DS) techniques. The SMTR communication and processing costs are mathematically analyzed. Moreover, SMTR evaluation is performed by firstly, evaluating several MAC and DS techniques by applying them to tree-based routing protocol and assess their efficiency in terms of their power requirements. Secondly, the results of this assessment are utilized to evaluate SMTR phases in terms of energy saving, packet delivery success ratio and network life time.
Park, Jong-Jun;Jeong, Hoon;Hwang, So-Young;Joo, Seong-Soon
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.34
no.12B
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pp.1514-1523
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2009
It is well known that the current wireless sensor networks addressing methods do not work efficiently in networks more than a few hundred nodes. A standard protocol in ZigBee-Standard feature in ZigBee 2007 gives balanced tree based address assignment method with distributed manner. However, it was limited to cover less than hundreds of sensor nodes due to the wasteful use of available address space, because composed sensor networks usually make an unbalanced tree topology in the real deployment. In this paper, we proposed the hierarchical cluster tree based address assignment method to support large and scalable networks. This method provides unique address for each node with distributed manner and supports hierarchical cluster tree on-demand. Simulation results show that the proposed method reduces orphan nodes due to the address exhaustion and supports larger network with limited address space compared with the ZigBee distributed address assignment method defined in ZigBee-Standard feature in ZigBee 2007.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.22
no.11
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pp.2477-2487
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1997
In this paepr, we propose a dynamic multicast routin algorithm for constructing the delay-constrained minimal spanning tree in the VP-based ATM networks, in which we consider the effiiciency enen in the case wheree the destination dynamically joins/departs the multicast connection. For constructing the delay-constrained spanning tree, we frist generate a reduced network consisting of only VCX nodes from a given ATM network, originally consisting of VPX/VCX nodes. Then, we obtain the delay-constrained spanning tree with a minimal tree cost on the reduced network by using our proposed heuristic algorithm. Through numerical examples, we show that our dynamic multicast routing algorithm can provide an efficient usage of network resources when the membership nodes frequently changes during the lifetime of a multicast connection. We also demonstrate the more cost-saving can be expected in dense networks when applyingour proposed algorithm.
A loop can take place in the process of managing tree topology for mobility management of mobile nodes in infrastructure-based mobile ad hoc networks. The formation of a loop degrades an effective bandwidth of the wireless network by passing an identical message repeatedly within the same loop. Therefore, the loop should be resolved to revert the system back to the normal state. In this paper, we propose a simple and novel mechanism that detects and resolves a loop quickly by tracking the depth of trees. The mobility management approach that employs the loop resolution method is evaluated comparatively with the original tree-based one and the hybrid one. It is shown that the proposed approach far outperforms the other approaches, and it is robust against the rapid changes in network topology.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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