Venkatesh Sivaprakasam;Vartika Kulshrestha;Godlin Atlas Lawrence Livingston;Senthilnathan Arumugam
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.17
no.7
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pp.1873-1893
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2023
The development of lightweight, low energy and small-sized sensors incorporated with the wireless networks has brought about a phenomenal growth of Wireless Sensor Networks (WSNs) in its different fields of applications. Moreover, the routing of data is crucial in a wide number of critical applications that includes ecosystem monitoring, military and disaster management. However, the time-delay, energy imbalance and minimized network lifetime are considered as the key problems faced during the process of data transmission. Furthermore, only when the functionality of cluster head selection is available in WSNs, it is possible to improve energy and network lifetime. Besides that, the task of cluster head selection is regarded as an NP-hard optimization problem that can be effectively modelled using hybrid metaheuristic approaches. Due to this reason, an Improved Coyote Optimization Algorithm-based Clustering Technique (ICOACT) is proposed for extending the lifetime for making efficient choices for cluster heads while maintaining a consistent balance between exploitation and exploration. The issue of premature convergence and its tendency of being trapped into the local optima in the Improved Coyote Optimization Algorithm (ICOA) through the selection of center solution is used for replacing the best solution in the search space during the clustering functionality. The simulation results of the proposed ICOACT confirmed its efficiency by increasing the number of alive nodes, the total number of clusters formed with the least amount of end-to-end delay and mean packet loss rate.
Sensors and systems in Civionics technology play an important role for continuously facilitating real-time structure monitoring systems by detecting and locating damage to or degradation of structures. An advanced materials, design processes, long-term sensing ability of sensors, electromagnetic interference, sensor placement techniques, data acquisition and computation, temperature, harsh environments, and energy consumption are important issues related to sensors for structural health monitoring (SHM). This paper provides a comprehensive survey of various sensor technologies, sensor classes and sensor networks in Civionics research for existing SHM systems. The detailed classification of sensor categories, applications, networking features, ranges, sizes and energy consumptions are investigated, summarized, and tabulated along with corresponding key references. The current challenges facing typical sensors in Civionics research are illustrated with a brief discussion on the progress of SHM in future applications. The purpose of this review is to discuss all the types of sensors and systems used in SHM research to provide a sufficient background on the challenges and problems in optimizing design techniques and understanding infrastructure performance, behavior and current condition. It is observed that the most important factors determining the quality of sensors and systems and their reliability are the long-term sensing ability, data rate, types of processors, size, power consumption, operation frequency, etc. This review will hopefully lead to increased efforts toward the development of low-powered, highly efficient, high data rate, reliable sensors and systems for SHM.
The smart sensor technology has opened new horizons for assessing and monitoring structural health of civil infrastructure. Smart sensor's unique features such as onboard computation, wireless communication, and cost effectiveness can enable a dense network of sensors that is essential for accurate assessment of structural health in large-scale civil structures. While most research efforts to date have been focused on realizing wireless smart sensor networks (WSSN) on bridge structures, relatively less attention is paid to applying this technology to buildings. This paper presents a decentralized damage detection using the WSSN for building structures. An existing flexibility-based damage detection method is extended to be used in the decentralized computing environment offered by the WSSN and implemented on MEMSIC's Imote2 smart sensor platform. Numerical simulation and laboratory experiment are conducted to validate the WSSN for decentralized damage detection of building structures.
Chen, Jianxin;Zhou, Liang;Zhang, Yun;Ferreiro, David Fondo
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.7
no.5
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pp.998-1013
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2013
Wireless wearable sensor networks have emerged as a promising technique for human motion tracking due to the flexibility and scalability. In such system several wireless sensor nodes being attached to human limb construct a wearable sensor network, where each sensor node including MEMS sensors (such as 3-axis accelerometer, 3-axis magnetometer and 3-axis gyroscope) monitors the limb orientation and transmits these information to the base station for reconstruction via low-power wireless communication technique. Due to the energy constraint, the high fidelity requirement for real time rendering of human motion and tiny operating system embedded in each sensor node adds more challenges for the system implementation. In this paper, we discuss such challenges and experiences in detail during the implementation of such system with wireless wearable sensor network which includes COTS wireless sensor nodes (Imote 2) and uses TinyOS 1.x in each sensor node. Since our system uses the COTS sensor nodes and popular tiny operating system, it might be helpful for further exploration in such field.
Whelan, Matthew J.;Gangone, Michael V.;Janoyan, Kerop D.;Hoult, Neil A.;Middleton, Campbell R.;Soga, Kenichi
Smart Structures and Systems
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v.6
no.5_6
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pp.579-593
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2010
Low-power radio frequency (RF) chip transceiver technology and the associated structural health monitoring platforms have matured recently to enable high-rate, lossless transmission of measurement data across large-scale sensor networks. The intrinsic value of these advanced capabilities is the allowance for high-quality, rapid operational modal analysis of in-service structures using distributed accelerometers to experimentally characterize the dynamic response. From the analysis afforded through these dynamic data sets, structural identification techniques can then be utilized to develop a well calibrated finite element (FE) model of the structure for baseline development, extended analytical structural evaluation, and load response assessment. This paper presents a case study in which operational modal analysis is performed on a three-span prestressed reinforced concrete bridge using a wireless sensor network. The low-power wireless platform deployed supported a high-rate, lossless transmission protocol enabling real-time remote acquisition of the vibration response as recorded by twenty-nine accelerometers at a 256 Sps sampling rate. Several instrumentation layouts were utilized to assess the global multi-span response using a stationary sensor array as well as the spatially refined response of a single span using roving sensors and reference-based techniques. Subsequent structural identification using FE modeling and iterative updating through comparison with the experimental analysis is then documented to demonstrate the inherent value in dynamic response measurement across structural systems using high-rate wireless sensor networks.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.39
no.2
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pp.187-194
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2015
Accurate relative location estimation is a key requirement in indoor localization systems based on wireless sensor networks (WSNs). However, although these systems have applied not only various optimization algorithms but also fusion with sensors to achieve high accuracy in position determination, they are difficult to provide accurate relative azimuth and locations to users because of cumulative errors in inertial sensors with time and the influence of external magnetic fields. This paper based on ultra-wideband positioning system, which is relatively suitable for indoor localization compared to other wireless communications, presents an indoor localization system for estimating relative azimuth and location of location-unaware nodes, referred to as target nodes without applying any algorithms with complex variable and constraints to achieve high accuracy. In the proposed method, the target nodes comprising three mobile nodes estimate the relative distance and azimuth from two reference nodes that can be installed by users. In addition, in the process of estimating the relative localization information acquired from the reference nodes, positioning errors are minimized through a novel modified rounding estimation technique in which Kalman filter is applied without any time consumption algorithms. Experimental results show the feasibility and validity of the proposed system.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.13
no.3
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pp.623-628
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2009
The emergence of compact and low-power wireless communication sensors and actuators in the technology supporting the ongoing miniaturization of processing and storage allows for entirely the new kinds of embedded systems. These systems are distributed and deployed in environments where they may have been designed into a particular control method, and are often very dynamic. Collection of devices can communicate to achieve a higher level of coordinated behavior. Wireless sensor nodes deposited in various places provide light, temperature, and activity measurements. Wireless sensor nodes attached to circuits or appliances sense the current or control the usage. Together they form a dynamic and multi-hop routing network connecting each node to more powerful networks and processing resources. Wireless sensor networks are a specific-application and therefore they have to involve both software and hardware. They also use protocols that relate to both applications and the wireless network. Wireless sensor networks are consumer devices supporting multimedia applications such as personal digital assistants, network computers, and mobile communication devices. Wireless sensor networks are becoming an important part of industrial and military applications. The characteristics of modem embedded systems are the capable of communicating adapting the different operating environments. In this paper, We designed and implemented sensor network system which shows through host PC sensing temperature and humidity data transmitted for wireless sensor nodes composed wireless temperature and humidity sensor and designs sensor nodes using embedded system with the intention of studying USN.
Journal of the Korea Society of Computer and Information
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v.19
no.9
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pp.75-84
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2014
In this paper, we constructed a sensor network environment where various sensors are used. Then, we evaluated the performance when this environment adopted existing clustering algorithms that are designed for only single type sensors network. In our experiments, we considered two different types of the networks. In the first, all nodes are equipped with identical sensors. In the second, all nodes are equipped with three different types of sensors. We measured performance variations of several clustering schemes in accordance with sensor data accuracy, sensor node resource depletion timing, amount of available energy, node isolation ratio, and network lifetime. According to our performance analysis, we proved that existing clustering algorithms are partially inefficient to maintain the various-sensor network. Consequently we suggest that a new algorithm is required to take aim at the various sensor network.
Park, Jin Gwan;Kim, Yeong Ju;Lee, Jeong Hun;Ko, Sung Ho;Sharma, Ronesh;Jeong, Min A;Lee, Seong Ro
Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
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2012.10a
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pp.394-397
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2012
Wireless sensor network is configured to be able to collect information collected from the various sensors, real-world environment wireless network. In this paper, the information collected from the wireless sensor networks in the real world using AR (Augmented Reality) data by projecting, in a variety of ways, the information collected from the wireless sensor network is utilized, which more intuitive is intended to provide to users. In this paper, stored in the DB table and the information collected from the wireless sensor network, wireless LAN (Access Point) that are placed in the sensor field and the terminal attached to the geomagnetic sensor, terminal position, after correction using acceleration sensors and augmented reality the aim is to visualize the data stored in the DB table using.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.12
no.6
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pp.2658-2679
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2018
This paper proposes a novel Random Scheduling Algorithm based on Subregion Coverage (RSASC), to solve the SET K-cover problem (an NP-complete problem). SET K-cover problem distributes the set of sensors into the maximum number of mutually exclusive subsets (MESSs) in such a way that each of them can be scheduled for lifetime extension of WSN. Sensor coverage divides the target region into different subregions. RSASC first sorts the subregions in the ascending order concerning their sensor coverage. Then, it forms the subregion groups according to their similar sensor coverage. Lastly, RSASC ensures the K-coverage of each subregion from every group by randomly scheduling the sensors. We consider the target-coverage and area-coverage applications of WSN to analyze the usefulness of our proposed RSASC algorithm. The distinct quality of RSASC is that it utilizes less number of deployed sensors (33% less) to form the optimum number of MESSs with the higher computational speed (saves more than 93% of the time) as compared to the existing three algorithms.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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