Advances in wireless sensor network (WSN) technology have enabled small and low-cost sensors with the capability of sensing various types of physical and environmental conditions, data processing, and wireless communication. In the WSN, the sensor nodes have a limited transmission range and their processing and storage capabilities as well as their energy resources are limited. A triple umpiring system has already been proved for its better performance in WSNs. The clustering technique is effective in prolonging the lifetime of the WSN. In this study, we have modified the ad-hoc on demand distance vector routing by incorporating signal-to-noise ratio (SNR) based dynamic clustering. The proposed scheme, which is an efficient and secure routing protocol for wireless sensor networks through SNR-based dynamic clustering (ESRPSDC) mechanisms, can partition the nodes into clusters and select the cluster head (CH) among the nodes based on the energy, and non CH nodes join with a specific CH based on the SNR values. Error recovery has been implemented during the inter-cluster routing in order to avoid end-to-end error recovery. Security has been achieved by isolating the malicious nodes using sink-based routing pattern analysis. Extensive investigation studies using a global mobile simulator have shown that this hybrid ESRP significantly improves the energy efficiency and packet reception rate as compared with the SNR unaware routing algorithms such as the low energy aware adaptive clustering hierarchy and power efficient gathering in sensor information systems.
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.
Journal of Korea Society of Industrial Information Systems
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v.11
no.2
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pp.48-62
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2006
In recent years, wireless sensor networks(WSNs) have emerged as a new fast-growing application domain for wireless distributed computing and embedded systems. Recent Progress in computer and communication technology has made it possible to organize wireless sensor networks composed tiny sensor nodes. Furthermore, ad-hoc network protocols do not consider the characteristics of wireless sensor nodes, making existing ad-hoc network protocols unsuitable for the wireless sensor networks. First, we propose power-aware routing protocols based on energy-centered routing metrics. Second, we describe power management techniques for wireless sensor nodes using the spatial locality of sensed data. Many nodes can go into a power-down mode without sacrificing the accuracy of sensed data. Finally, combining the proposed techniques, we describe an overall energy-efficient protocol for data collection. Experimental results show that the proposed routing protocol can extend the routing path lifetime more than twice. The average energy consumption per sensing period is reduced by up to 30%.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.34
no.8A
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pp.618-624
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2009
In the evolution from wireless sensor networks(WSNs) to ubiquitous sensor networks(USNs), technologies that can support intensive data-traffic loads, large number of users, improved interoperability, and extreme longevity are required. Therefore, efficient communication time coordination control and low power consumption becomes one of the most important design goals for USN MAC protocols. So far several time division multiplexed (TDM) MAC protocols have been proposed. However, since the pros and cons of existing protocols are not easy to analyze, it becomes a challenging task to design improved TOM MAC protocols. Based on this objective, this paper provides a novel protocol analysis along with a message complexity derivation and comparison of the existing TDM MAC protocols.
Xiaoling, Guo;Xinghua, Sun;Ling, Li;Renjie, Wu;Meng, Liu
Journal of Information Processing Systems
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v.19
no.1
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pp.17-32
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2023
Centralized hierarchical routing protocols are often used to solve the problems of uneven energy consumption and short network life in wireless sensor networks (WSNs). Clustering and cluster head election have become the focuses of WSNs. In this paper, an energy balanced clustering routing algorithm optimized by sine cosine algorithm (SCA) is proposed. Firstly, optimal cluster head number per round is determined according to surviving node, and the candidate cluster head set is formed by selecting high-energy node. Secondly, a random population with a certain scale is constructed to represent a group of cluster head selection scheme, and fitness function is designed according to inter-cluster distance. Thirdly, the SCA algorithm is improved by using monotone decreasing convex function, and then a certain number of iterations are carried out to select a group of individuals with the minimum fitness function value. From simulation experiments, the process from the first death node to 80% only needs about 30 rounds. This improved algorithm balances the energy consumption among nodes and avoids premature death of some nodes. And it greatly improves the energy utilization and extends the effective life of the whole network.
Since WSNs (Wireless Sensor Networks) applied to their application areas such as smart home, smart factory, environment monitoring, etc., depend on sensor data, the sensor data is the most important among WSN components. The resources of each node consisting of WSN are extremely limited in energy, hardware and so on. Due to these limitation, communication failure probabilities become much higher and the communication failure causes data loss to occur. For this reason, this paper proposes 2MC (Maximum/Minimum Compression) that is a method to compress sensor data by selecting circular queue-based maximum/minimum sensor data values. Our proposed method reduces sensor data losses and value errors when they are recovered. Experimental results of 2MC method show the maximum/minimum 35% reduction efficiency in average sensor data accumulation error rate after the 3 times compression, comparing with CQP (Circular Queue Compression based on Period) after the compressed data recovering.
Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
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2009.10a
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pp.534-537
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2009
Clustering protocol of Wireless sensor networks(WSNs) can not only reduce the volume of inter-node communication by the nodes's data aggregation but also extend the nodes's sleep times by cluster head's TDMA-schedule coordination. In order to extend the network lifetime of WSNs, we propose CHS algorithm to select cluster-head using three variables. It consists of initial and current energy of nodes, round information, and total numbers which have been selected as cluster head until current round.
Real-time monitoring is one of the prime necessities in a weapon flight test that is required for the efficient and timely collection of large amounts of high-rate sampled data acquired by an event-trigger. The wireless sensor network is a good candidate to resolve this requirement, especially considering the inhospitable environment of a weapon flight test. In this paper, we propose a priority based multi-channel MAC protocol with CSMA/CA over a single radio for a real-time monitoring of a weapon flight test. Multi-channel transmissions of nodes can improve the network performance in wireless sensor networks. Our proposed MAC protocol has two operation modes: Normal mode and Priority Mode. In the normal mode, the node exploits the normal CSMA/CA mechanism. In the priority mode, the node has one of three grades - Class A, B, and C. The node uses a different CSMA/CA mechanism according to its grade that is determined by a signal level. High grade nodes can exploit more channels and lower backoff exponents than low ones, which allow high grade nodes to obtain more transmission opportunities. In addition, it can guarantee successful transmission of important data generated by high grade nodes. Simulation results show that the proposed MAC exhibits excellent performance in an event-triggered real-time application.
International Journal of Computer Science & Network Security
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v.22
no.9
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pp.327-333
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2022
Wireless Sensor Networks (WSNs) plays an important role in our everyday life. WSN is distributed in all the places. Nowadays WSN devices are developing our world as smart and easy to access and user-friendly. The sensor is connected to all the resources based on the uses of devices and the environment [1]. In WSN, Quality of Service is based on time synchronization and scheduling. Scheduling is important in WSN. The schedule is based on time synchronization. Min-Max data size scheduling is used in this proposed work. It is used to reduce the Delay & Energy. In this proposed work, Two-hop neighboring node is used to reduce energy consumption. Data Scheduling is used to identify the shortest path and transmit the data based on weightage. The data size is identified by three size of measurement Min, Max and Medium. The data transmission is based on time, energy, delivery, etc., the data are sent through the first level shortest path, then the data size medium, the second level shortest path is used to send the data, then the data size is small, it should be sent through the third level shortest path.
Lee, Hong Seob;Yi, Jun Min;Kim, Jaeung;Noh, Dong Kun
Journal of KIISE
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v.42
no.11
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pp.1430-1440
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2015
In contrast with battery-based wireless sensor networks (WSNs), solar-powered WSNs can operate for a longtime assuming that there is no hardware fault. Meanwhile, a mobile sink can save the energy consumption of WSN, but its ineffective movement may incur so much energy waste of not only itself but also an entire network. To solve this problem, many approaches, in which a mobile sink visits only on clustering-head nodes, have been proposed. But, the clustering scheme also has its own problems such as energy imbalance and data instability. In this study, therefore, a cluster-based energy-aware data-sharing scheme (CE-DSS) is proposed to effectively support a mobile sink in a solar-powered WSN. By utilizing the redundant energy efficiently, CE-DSS shares the gathered data among cluster-heads, while minimizing the unexpected black-out time. The simulation results show that CE-DSS increases the data reliability as well as conserves the energy of the mobile sink.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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