Routing through a backbone, which is responsible for performing and managing multipoint communication, reduces the communication overhead and overall energy consumption in wireless sensor networks. However, the backbone nodes will need extra functionality and therefore consume more energy compared to the other nodes. The power consumption imbalance among sensor nodes may cause a network partition and failures where the transmission from some sensors to the sink node could be blocked. Hence optimal construction of the backbone is one of the pivotal problems in sensor network applications and can drastically affect the network's communication energy dissipation. In this paper a distributed algorithm is proposed to generate backbone trees through robust multi-hop clusters in wireless sensor networks. The main objective is to form a properly designed backbone through multi-hop clusters by considering energy level and degree of each node. Our improved cluster head selection method ensures that energy is consumed evenly among the nodes in the network, thereby increasing the network lifetime. Comprehensive computer simulations have indicated that the newly proposed scheme gives approximately 10.36% and 24.05% improvements in the performances related to the residual energy level and the degree of the cluster heads respectively and also prolongs the network lifetime.
To deal with the major challenges of embedded sensor networks, we consider the use of magnetic fields as a means of reliably transferring both information and power to embedded sensors. We focus on a power allocation strategy for an orthogonal frequency-division multiplexing system to maximize the transferred power under the required information capacity and total available power constraints. First, we consider the case of a co-receiver, where information and power can be extracted from the same signal. In this case, we find an optimal power allocation (OPA) and provide the upper bound of achievable transferred power and capacity pairs. However, the exact calculation of the OPA is computationally complex. Thus, we propose a low-complexity power reallocation algorithm. For practical consideration, we consider the case of a separated receiver (where information and power are transferred separately through different resources) and propose two heuristic power allocation algorithms. Through simulations using the Agilent Advanced Design System and Ansoft High Frequency Structure Simulator, we validate the magnetic-inductive channel characteristic. In addition, we show the performances of the proposed algorithms by providing achievable ${\eta}$-C regions.
The voltage-controlled oscillator is one of the fundamental building blocks that determine the signal quality and power consumption in RF transceivers for wireless sensor networks. Ring oscillators are attractive owing to their small form factor and multi-phase capability despite the relatively poor phase noise performance in comparison with LC oscillators. The phase noise of a ring oscillator can be improved by using a coupled structure that works at a lower frequency. This paper introduces a 2.4 GHz low-noise ring oscillator that consists of two 3-stage coupled ring oscillators. Each sub-oscillator operates at 800 MHz, and the multi-phase signals are combined to generate a 2.4 GHz quadrature output. The voltage-controlled ring oscillator designed in a 65-nm standard CMOS technology has a tuning range of 800 MHz and exhibits the phase noise of -104 dBc/Hz at 1 MHz offset. The power consumption is 13.3 mW from a 1.2 V supply voltage.
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.
Due to the application-specific nature of wireless sensor networks, the sensitivity to such a requirement as data reporting latency may vary depending on the type of applications, thus requiring application-specific algorithm and protocol design paradigms which help us to maximize energy conservation and thus the network lifetime. In this paper, we propose a novel delay-adaptive sensor scheduling scheme for energy-saving data gathering which is based on a two phase clustering (TPC). The ultimate goal is to extend the network lifetime by providing sensors with high adaptability to the application-dependent and time-varying delay requirements. The TPC requests sensors to construct two types of links: direct and relay links. The direct links are used for control and forwarding time critical sensed data. On the other hand, the relay links are used only for data forwarding based on the user delay constraints, thus allowing the sensors to opportunistically use the most energy-saving links and forming a multi-hop path. Simulation results demonstrate that cluster-based delay-adaptive data gathering strategy (CD-DGS) saves a significant amount of energy for dense sensor networks by adapting to the user delay constraints.
In this paper, a roll and pitch estimation algorithm using a set of accelerometers and wireless sensor networks(S/N) is presented for use in a passenger vehicle. While an inertial measurement unit(IMU) is generally used for roll/pitch estimation, performance may be degraded in the presence of longitudinal acceleration and yaw motion. To compensate for this performance degradation, a new roll and pitch estimation algorithm is proposed that uses an accelerometer array, global positioning system(GPS) and in-vehicle networks to get information from yaw rate and roll rate sensors. Angular acceleration and roll and pitch approximation are first calculated based on vehicle kinematics. A discrete Kalman filter is then applied to estimate both roll and pitch more precisely by reducing noise from the running engine and from road disturbance. Finally, the feasibility of the proposed algorithm is shown by comparing its performance experimentally with that of an IMU in the framework of an indoor test platform as well as a test vehicle.
Journal of the Korea Institute of Information Security & Cryptology
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v.17
no.2
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pp.125-137
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2007
This paper proposes a new scheme to provide the location privacy of sources in Wireless Sensor Networks (WSNs). Because the geographical location of a source sensor reveals contextual information on an 'event' in WSN, anonymizing the source location is an important issue. Despite abundant research efforts, however, about data confidentiality and authentication in WSN, privacy issues have not been researched well so far. Moreover, many schemes providing the anonymity of communication parties in Internet and Ad-hoc networks are not appropriate for WSN environments where sensors are very resource limited and messages are forwarded in a hop-by-hop manner through wireless channel. In this paper, we first categorize the type of eavesdroppers for WSN as Global Eavesdropper and Compromising Eavesdropper. Then we propose a novel scheme which provides the anonymity of a source according to the types of eavesdroppers. Furthermore, we analyze the degree of anonymity of WSN using the entropy-based modeling method. As a result, we show that the proposed scheme improves the degree of anonymity compared to a method without any provision of anonymity and also show that the transmission range plays a key role to hide the location of source sensors.
Wireless sensor network are widely all over different fields. Because of its distinguished characteristics, we must take account of the factor of energy consumed when designing routing protocol. Wireless sensor networks consist of small battery powered devices with limited energy resources. Once deployed, the small sensor nodes are usually inaccessible to the user, and thus replacement of the energy source is not feasible. Hence, energy efficiency is a key design issue that needs to be enhanced in order to improve the life span of the network. In BCDCP, all sensors sends data from the CH (Cluster Head) and then to the BS (Base Station). BCDCP works well in a smallscale network however is not preferred in a large scale network since it uses much energy for long distance wireless communication. TBRP can be used for large scale network, but it weakness lies on the fact that the nodedry out of energy easily since it uses multi-hops transmission data to the Base Station. Here, we proposed a routing protocol. A Cluster Based Energy Efficient Tree Routing Protocol (CETRP) in Wireless Sensor Networks (WSNs) to prolong network life time through the balanced energy consumption. CETRP selects Cluster Head of cluster tree shape and uses maximum two hops data transmission to the Cluster Head in every level. We show CETRP outperforms BCDCP and TBRP with several experiments.
Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
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2009.05a
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pp.631-634
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2009
Recent advances in wireless communication, electronics, MEMS device, sensor and battery technology have made it possible to manufacture low-cost, low-power, multi-function tiny sensor nodes. A large number of tiny sensor nodes form sensor network through wireless communication. Sensor networks represent a significant improvement over traditional sensors, research on Zigbee wireless image transmission has been a topic in industrial and scientific fields. In this paper, we design a Zigbee wireless image sensor node and multimedia monitoring server system. It consists of embedded processor, memory, CMOS image sensor, image acquisition and processing unit, Zigbee RF module, power supply unit and remote monitoring server system. In the future, we will further improve our Zigbee wireless image sensor node and monitoring server system. Besides, energy-efficient Zigbee wireless image transmission protocol and interworking with mobile network will be our work focus.
Park, Daegil;Kwak, Kyungmin;Jung, Jaehoon;Kim, Jinhyun;Chung, Wan Kyun
Journal of Ocean Engineering and Technology
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v.31
no.2
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pp.170-176
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2017
In this paper, we propose an underwater localization scheme through the fusion of an inertial navigation system (INS) and the received signal strength (RSS) of electromagnetic (EM) wave sensors to guarantee precise localization performance with high sampling rates. In this localization scheme, the INS predicts the pose of the unmanned underwater vehicle (UUV) by dead reckoning at every step, and the RF sensors corrects the UUV position functions using the Earth-fixed reference when the UUV is located in underwater wireless sensor networks (UWSN). The localization scheme and state modeling were conducted in the extended Kalman filter framework, and UUV localization experiments were conducted in a basin environment. The scheme achieved reliable localization accuracy during long-term navigation, demonstrating the feasibility of exploiting EM wave attenuation as Earth-fixed reference sensors.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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