Journal of Korean Institute of Industrial Engineers
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v.37
no.3
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pp.180-190
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2011
Efficient energy consumption is a critical factor for deployment and operation of wireless sensor networks (WSNs). To achieve energy efficiency there have been several hierarchical routing protocols that organize sensors into clusters where one sensor is a cluster-head to forward messages received from its cluster-member sensors to the base station of the WSN. In this paper, we propose a self-organized clustering method for cluster-head selection and cluster based routing for a WSN. To select cluster-heads and organize clustermembers for each cluster, every sensor uses only local information and simple decision mechanisms which are aimed at configuring a self-organized system. By these self-organized interactions among sensors and selforganized selection of cluster-heads, the suggested method can form clusters for a WSN and decide routing paths energy efficiently. We compare our clustering method with a clustering method that is a well known routing protocol for the WSNs. In our computational experiments, we show that the energy consumptions and the lifetimes of our method are better than those of the compared method. The experiments also shows that the suggested method demonstrate properly some self-organized properties such as robustness and adaptability against uncertainty for WSN's.
This paper proposes an efficient mechanism of node membership verification within the groups of sensors in a wireless sensor network (WSN). We utilize one-way accumulator to check the memberships of the legitimate nodes in a secure way. Our scheme also supports the addition and deletion of nodes in the groups in the network. Our analysis shows that, our scheme could be well-suited for the resource constrained sensors in a sensor network and it provides a lightweight mechanism for secure node membership verification in WSN.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.12
no.4
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pp.1854-1868
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2018
A wireless body-sensor network (WBSN) refers to a network-configured environment in which sensors are placed on both the inside and outside of the human body. The sensors are much smaller and the energy is more constrained when compared to traditional wireless sensor network (WSN) environments. The critical nature of the energy-constraint issue in WBSN environments has led to numerous studies on the reduction of energy consumption of WBSN sensors. The transmission-power-control (TPC) technique adjusts the transmission-power level (TPL) of sensors in the WBSN and reduces the energy consumption that occurs during communications. To elaborate, when transmission sensors and reception sensors are placed in various parts of the human body, the transmission sensors regularly send sensor data to the reception sensors. As the reception sensors receive data from the transmission sensors, real-time measurements of the received signal-strength indication (RSSI), which is the value that indicates the channel status, are taken to determine the TPL that suits the current-channel status. This TPL information is then sent back to the transmission sensors. The transmission sensors adjust their current TPL based on the TPL that they receive from the reception sensors. The initial TPC algorithm made linear or binary adjustments using only the information of the current-channel status. However, because various data in the WBSN environment can be utilized to create a more efficient TPC algorithm, many different types of TPC algorithms that combine human movements or fuse TPC with other algorithms have emerged. This paper defines and discusses the design and development process of an efficient TPC algorithm for WBSNs. We will describe the WBSN characteristics, model, and closed-loop mechanism, followed by an examination of recent TPC studies.
The wireless sensor networks have been extensively researched. One of the issues in wireless sensor networks is a developing energy-efficient clustering protocol. Clustering algorithm provides an effective way to extend the lifetime of a wireless sensor networks. In this paper, we proposed an energy efficient clustering scheme by adjusting group size. In sensor network, the power consumption in data transmission between sensor nodes is strongly influenced by the distance of two nodes. And cluster size, that is the number of cluster member nodes, is also effected on energy consumption. Therefore we proposed the clustering scheme for high energy efficiency of entire sensor network by controlling cluster size according to the distance between cluster header and sink.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.65
no.1
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pp.122-127
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2016
In this paper, new spectrum sensing schemes based on analog/RF front-end processing are introduced for IoT wireless sensor networks. While the conventional approaches for wireless channel cognition have been issued in signal processing area, the RF spectrum cognition concept makes it feasible to achieve cognitive wireless sensor networks (C-WSNs). The spectrum cognition at RF processing is categorized as four kinds of sensing mechanisms. Two recent reseaches are described as promising candidates for the C-WSN. One senses spectrum by the frequency discriminating receiver, the other senses and detects from the frequency selective super-regenerative receiver. The introduced systems with simple and low-power RF architectures play dual roles of channel sensing and demodulation. simultaneously. Therefore, introduced spectrum sensing receivers can be one of the best candidates for IoT wireless sensor devices in C-WSN environments.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.12
no.10
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pp.4774-4796
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2018
Wireless sensor networks are composed of a large number of inexpensive and tiny sensors used in different areas including military, industry, agriculture, space, and environment. Fault tolerance, which is considered a challenging task in these networks, is defined as the ability of the system to offer an appropriate level of functionality in the event of failures. The present study proposed an intelligent throughput descent and distributed energy-efficient mechanism in order to improve fault tolerance of the system against soft and permanent faults. This mechanism includes determining the intelligent neighborhood radius threshold, the intelligent neighborhood nodes number threshold, customizing the base paper algorithm for distributed systems, redefining the base paper scenarios for failure detection procedure to predict network behavior when running into soft and permanent faults, and some cases have been described for handling failure exception procedures. The experimental results from simulation indicate that the proposed mechanism was able to improve network throughput, fault detection accuracy, reliability, and network lifetime with respect to the base paper.
Liu, Jianqi;Wang, Qinruo;Wan, Jiafu;Xiong, Jianbin;Zeng, Bi
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.7
no.5
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pp.1014-1035
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2013
With recent advances in wireless communication and low-power miniaturized biomedical sensor and semiconductor technologies, wireless body area networks (WBAN) has become an integral part of the disaster aid system. Wearable vital sign sensors can track patients' status and location, thus enhancing disaster rescue efficiency. In the past few years, most of the literatures in the area of disaster aid system based on WBAN have focused on issues concerning wireless sensor design, sensor miniaturization, energy efficiency and communication protocols. In this paper, we will give an overview of disaster aid, discuss about the types of network communication as well as outline related issues. We will emphasize on analyzing six key issues in employing the disaster aid system. Finally, we will also highlight some of the challenges that still need to be addressed in the future in order to help the disaster aid system be truly and widely accepted by the public.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.7
no.10
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pp.2357-2375
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2013
Message ferry is a controllable mobile node with large capacity and rechargeable energy to collect information from the sensors to the sink in wireless sensor networks. In the existing works, route of the message ferry is often designed from the solutions of the Traveling Salesman Problem (TSP) and its variants. In such solutions, the ferry route is often a simple cycle, which starts from the sink, access all the sensors exactly once and moves back to the sink. In this paper, we consider a different case, where the ferry route is a closed walk that contains more than one simple cycle. This problem is defined as the Closed Walk Ferry Route Design (CWFRD) problem in this paper, which is an optimization problem aiming to minimize the average weighted delay. The CWFRD problem is proved to be NP-hard, and the Integer Linear Programming (ILP) formulation is given. Furthermore, a heuristic scheme, namely the Initialization-Split-Optimization (ISO) scheme is proposed to construct closed walk routes for the ferry. The experimental results show that the ISO algorithm proposed in this paper can effectively reduce the average weighted delay compared to the existing simple cycle based scheme.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.3
no.5
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pp.423-443
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2009
We present the design and implementation of a unique sensing and actuation application -- the Illuminator: a sensor network-based intelligent light control system for entertainment and media production. Unlike most sensor network applications, which focus on sensing alone, a distinctive aspect of the Illuminator is that it closes the loop from light sensing to lighting control. We describe the Illuminator's design requirements, system architecture, algorithms, implementation and experimental results. The system uses the Illumimote, a multi-modal and high fidelity light sensor module well-suited for wireless sensor networks, to satisfy the high-performance light sensing requirements of entertainment and media production applications. The Illuminator system is a toolset to characterize the illumination profile of a deployed set of fixed position lights, generate desired lighting effects for moving targets (actors, scenic elements, etc.) based on user constraints expressed in a formal language, and to assist in the set up of lights to achieve the same illumination profile in multiple venues. After characterizing deployed lights, the Illuminator computes optimal light settings at run-time to achieve a user-specified actuation profile, using an optimization framework based on a genetic algorithm. Uniquely, it can use deployed sensors to incorporate changing ambient lighting conditions and moving targets into actuation. Experimental results demonstrate that the Illuminator handles various high-level user requirements and generates an optimal light actuation profile. These results suggest that the Illuminator system supports entertainment and media production applications.
Body area networks (BANs) have emerged as an enabling technique for e-healthcare systems, which can be used to continuously and remotely monitor patients' health. In BANs, the data of a patient's vital body functions and movements can be collected by small wearable or implantable sensors and sent using shortrange wireless communication techniques. Due to the shared wireless medium between the sensors in BANs, it may be possible to have malicious attacks on e-healthcare systems. The security and privacy issues of BANs are becoming more and more important. To provide secure and correct association of a group of sensors with a patient and satisfy the requirements of data confidentiality and integrity in BANs, we propose a novel enhanced secure sensor association and key management protocol based on elliptic curve cryptography and hash chains. The authentication procedure and group key generation are very simple and efficient. Therefore, our protocol can be easily implemented in the power and resource constrained sensor nodes in BANs. From a comparison of results, furthermore, we can conclude that the proposed protocol dramatically reduces the computation and communication cost for the authentication and key derivation compared with previous protocols. We believe that our protocol is attractive in the application of BANs.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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