The energy constraint is still a common issue for the practical application of wireless sensors, since they are usually powered by batteries which limit their lifetime. In this paper, a practical compound energy efficiency strategy is proposed and realized in the implementation of a real time wireless sensor platform. The platform is intended for wireless structural monitoring applications and consists of three parts, wireless sensing unit, base station and data acquisition and configuration software running in a computer within the Matlab environment. The high energy efficiency of the wireless sensor platform is achieved by a proposed adaptive radio transmission power control algorithm, and some straightforward methods, including adopting low power ICs and high efficient power management circuits, low duty cycle radio polling and switching off radio between two adjacent data packets' transmission. The adaptive transmission power control algorithm is based on the statistical average of the path loss estimations using a moving average filter. The algorithm is implemented in the wireless node and relies on the received signal strength feedback piggybacked in the ACK packet from the base station node to estimate the path loss. Therefore, it does not need any control packet overheads. Several experiments are carried out to investigate the link quality of radio channels, validate and evaluate the proposed adaptive transmission power control algorithm, including static and dynamic experiments.
International Journal of Internet, Broadcasting and Communication
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v.13
no.3
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pp.25-33
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2021
Energy-harvesting wireless sensor networks(EH-WSNs) can collect energy from the environment and overcome the technical limitations of existing power. Since the transmission distance in a wireless sensor network is limited, the data are delivered to the destination node through multi-hop routing. In EH-WSNs, the routing protocol should consider the power situations of nodes, which is determined by the remaining power and energy-harvesting rate. In addition, in applications such as environmental monitoring, when there are urgent data, the routing protocol should be able to transmit it stably and quickly. This paper proposes an adaptive routing protocol that satisfies different requirements of normal and urgent data. To extend network lifetime, the proposed routing protocol reduces power imbalance for normal data and also minimizes transmission latency by controlling the transmission power for urgent data. Simulation results show that the proposed adaptive routing can improve network lifetime by mitigating the power imbalance and greatly reduce the transmission delay of urgent data.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.7
no.6
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pp.1357-1378
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2013
Energy constraint of wireless sensor networks makes energy saving and prolonging the network lifetime become the most important goals of routing protocols. In this paper, we propose an Energy Efficient Chain-based Routing Protocol (EECRP) for wireless sensor networks to minimize energy consumption and transmission delay. EECRP organizes sensor nodes into a set of horizontal chains and a vertical chain. Chain heads are elected based on the residual energy of nodes and distance from the header of upper level. In each horizontal chain, sensor nodes transmit their data to their own chain head based on chain routing mechanism. EECRP also adopts a chain-based data transmission mechanism for sending data packets from the chain heads to the base station. The simulation results show that EECRP outperforms LEACH, PEGASIS and ECCP in terms of network lifetime, energy consumption, number of data messages received at the base station, transmission delay and especially energy${\times}$delay metric.
Powering wireless sensors with energy harvested from the environment is coming of age due to the increasing power densities of both storage and harvesting devices and the electronics performing energy efficient energy conversion. In order to maximize the functionality of the wireless sensor network, minimize missing packets, minimize latency and prevent the waste of energy, problems like congestion and inefficient energy usage must be addressed. Many sleep-awake protocols and efficient message priority techniques have been developed to properly manage the energy of the nodes and to minimize congestion. For a WSN that is operating in a strictly energy constrained environment, an energy-efficient transmission strategy is necessary. In this paper, we present a novel transmission priority decision scheme for a heterogeneous body sensor network composed of normal nodes and an energy harvesting node that acts as a cluster head. The energy harvesting node's decision whether or not to clear a normal node for sending is based on a set of metrics which includes the energy harvesting node's remaining energy, the total harvested energy, the type of message in a normal node's queue and finally, the implementation context of the wireless sensor network.
In this work we propose an energy-efficient transmission strategy for wireless sensor networks that operate in a strict energy-constrained environment. Our transmission algorithm consists of two components: a binary-decision based transmission and a channel-aware backoff adjustment. In the binary-decision based transmission, we obtain the optimum threshold for successful transmission via Markov decision process (MDP) formulation. A channel-aware backoff adjustment, the second component of our proposal, is introduced to favor sensor nodes seeing better channel in terms of transmission priority. Extensive simulations are performed to verify the performance of our proposal over fading wireless channels.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.11
no.8
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pp.3823-3840
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2017
This paper analyzes the nodes deployment optimization problem in energy constrained wireless sensor networks, which multi-hop cooperative beamforming (CB) based cooperative-multi-input-single-output (CMISO) transmission is adopted to reduce the energy consumption. Firstly, we establish the energy consumption models for multi-hop SISO, multi-hop DSTBC based CMISO, multi-hop CB based CMISO transmissions under random nodes deployment. Then, we minimize the energy consumption by searching the optimal nodes deployment for the three transmissions. Furthermore, numerical results present the optimal nodes deployment parameters for the three transmissions. Energy consumption of the three transmissions are compared under optimal nodes deployment, which shows that CB based CMISO transmission consumes less energy than SISO and DSTBC based CMISO transmissions. Meanwhile, under optimal nodes deployment, the superiorities of CB based CMISO transmission over SISO and DSTBC based CMISO transmissions can be more obvious when path-loss-factor becomes low.
Kim, Sung-Un;Park, Seon-Yeong;Cheon, Hyun-Soo;Kim, Kun-Ho
Journal of Korea Multimedia Society
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v.13
no.11
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pp.1657-1666
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2010
Underwater wireless sensor networks (UWSN) need stable efficient data transmission methods because of environmental characteristics such as limited energy resource, limited communication bandwidth, variable propagation delay and so on. In this paper, we explain an enhanced hybrid transmission method that uses a hexagon tessellation with an ideal cell size in a two-dimensional underwater wireless sensor network model (2D) that consists of fixed position sensors on the bottom of the ocean. We also propose an energy efficient sensing and communication coverage method for effective data transmission in a three-dimensional underwater wireless sensor network model (3D) that equips anchored sensors on the bottom of the ocean. Our simulation results show that proposed methods are more energy efficient than the existing methods for each model.
Journal of the Korea Society of Computer and Information
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v.24
no.5
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pp.1-9
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2019
In this paper, we propose the algorithms which determine 1) the efficient anchor-node visiting route of mobile sink in terms of energy supply and 2) the efficient energy amount to be charged to each anchor node, by using the information of each anchor node and the mobile sink. Wireless sensor networks (WSNs) using mobile sinks can be deployed in more challenging environments such as those that are isolated or dangerous, and can also achieve a balanced energy consumption among sensors which leads to prolong the network lifetime. Most mobile sinks visit only some anchor nodes which store the data collected by the nearby sensor nodes because of their limited energy. The problem of these schemes is that the lifetime of the anchor nodes can be shorten due to the increased energy consumption, which rapidly reduces the overall lifetime of WSN. This study utilizes a mobile sink capable of wireless power transmission to solve this problem, so a mobile sink can gather data from anchor nodes while charging energy to them. Through the performance verification, it is confirmed that the number of blackout nodes and the amount of collected data are greatly improved regardless of the size of the network.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.5
no.3
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pp.523-541
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2011
In current IEEE 802.11 wireless LAN, every unicast transmission requires an ACK from the receiver for reliability, though it consumes energy and bandwidth. There have been studies to remove or reduce ACK overhead, especially for energy efficiency. However none of them are practically used now. This paper introduces a noble method of selective unacknowledged transmission, where skipping an ACK is dynamically decided frame by frame. Utilizing the fact that a multicast frame is transmitted without accompanying an ACK in 802.11, the basic unacknowledged transmission is achieved simply by transforming the destination address of a frame to a multicast address. Since removing ACK is inherently more efficient but less strict, its practical profit is dependent on traffic characteristics of a frame as well as network error conditions. To figure out the selective conditions, energy and performance implications of unacknowledged transmission have been explored. Extensive experiments show that energy consumption is almost always reduced, but performance may be dropped especially when TCP exchanges long data with a long distance node through a poor wireless link. An experiment with a well-known traffic model shows that selective unacknowledged transmission gives energy saving with comparable performance.
For smart mobile devices, the wireless communication module is one of the hardware modules that consume the most energy. If we can build a multi-channel multi-interface environment using heterogeneous communication modules and operate them dynamically, data transmission performance can be highly improved by increasing the parallelism. Also, because these heterogeneous modules have different data rates, transmission ranges, and power consumption, we can save energy by exploiting a power efficient and low speed wireless interface module to transmit/receive sporadic small data. In this paper, we propose a power efficient data transmission method using heterogeneous communication networks. We also compared the performance of our proposed scheme to a conventional scheme, and proved that our proposed scheme can save energy while guaranteeing reasonable data delivery time.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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