• 한국통신학회논문지
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• 제33권7B호
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• pp.510-517
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• 2008

센서 네트워크는 조밀하게 배치된 많은 수의 센서 노드로 구성되며, 극심한 에너지 제약을 가진다. 또한 네트워크의 충분한 통신 영역과 센싱 영역을 확보 할 수 있도록 스스로 토폴로지를 구성해야 한다. 본 논문에서는 이러한 토폴로지를 구성하기 위해 무선 센서 네트워크의 트래픽 정보를 이용하여 에너지 효율을 향상시키는 기법(TRaffic-Aware Topology control: TRAT)을 제시한다. 제안한 기법은 트래픽 정보를 근거로 활동 노드의 수와 각 노드의 전송 세기를 조절한다. 실험 결과, 제안한 기법은 기존의 토폴로지 제어 기법과 비교하여 30% 정도의 성능 향상을 보였다.

• Journal of Information Processing Systems
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• 제6권3호
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• pp.413-434
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• 2010

Wireless sensor networks are usually characterized by dense deployment of energy constrained nodes. Due to the usage of a large number of sensor nodes in uncontrolled hostile or harsh environments, node failure is a common event in these systems. Another common reason for node failure is the exhaustion of their energy resources and node inactivation. Such failures can have adverse effects on the quality of the real-time services in Wireless Sensor Networks (WSNs). To avoid such degradations, it is necessary that the failures be recovered in a proper manner to sustain network operation. In this paper we present a dynamic Energy efficient Real-Time Job Allocation (ERTJA) algorithm for handling node failures in a cluster of sensor nodes with the consideration of communication energy and time overheads besides the nodes' characteristics. ERTJA relies on the computation power of cluster members for handling a node failure. It also tries to minimize the energy consumption of the cluster by minimum activation of the sleeping nodes. The resulting system can then guarantee the Quality of Service (QoS) of the cluster application. Further, when the number of sleeping nodes is limited, the proposed algorithm uses the idle times of the active nodes to engage a graceful QoS degradation in the cluster. Simulation results show significant performance improvements of ERTJA in terms of the energy conservation and the probability of meeting deadlines compared with the other studied algorithms.

• 한국정보과학회논문지:컴퓨팅의 실제 및 레터
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• 제13권7호
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• pp.540-544
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• 2007

최근 센서 네트워크는 다양한 분야에서 응용되고 있으며 활발한 연구가 진행되고 있다. 그러나 센서 네트워크는 특정 현상에 대한 정보를 수집하고 이를 외부의 네트워크 관리자에게 전송하고 관리자는 전송된 정보를 이용하여 대응하는 형태로 구성되어 있어 사건에 대한 즉각적이고 적시적인 대응이 어렵다. 이러한 문제점을 극복하기 위해 센서 네트워크에 이동성과 활동성을 가져 즉시적인 대응능력이 있는 액터 노드를 포함하는 무선 센서 및 액터 네트워크(WSANs)가 제안되었다. WSANs는 센서 네트워크와 여러 측면에서 많은 공통점을 가지고 있으나, 노드들이 동등한 권한과 능력을 가지는 센서 네트워크와는 달리 자원제약이 적고 이동성을 가지는 액터 노드를 포함하고 있어 기존의 보안기술을 적용하기에는 어려움이 많다. 따라서 본 논문은 WSANs를 안전하고 효율적으로 운용하기 위해 요구되는 기밀성, 무결성, 인증 등의 보안 서비스를 제공하기 위해, 네트워크를 노드의 능력에 따라 계층적으로 구분하고 액터 하위 계층에는 일대일키(Pair-wise Key), 노드키(Node Key), 지역키(Region Key)를 활용한 키관리 프로토콜을 액터 상위 계층에는 공개키 기반의 키관리 프로토콜을 제안한다.

• Journal of Communications and Networks
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• 제18권3호
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• pp.340-350
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• 2016

The performance of large-scale cognitive radio (CR) networks with secondary users sustained by opportunistically harvesting radio-frequency (RF) energy from nearby primary transmissions is investigated. Using an advanced RF energy harvester, a secondary user is assumed to be able to collect ambient primary RF energy as long as it lies inside the harvesting zone of an active primary transmitter (PT). A variable power (VP) transmission mode is proposed, and an energy-based opportunistic spectrum access (OSA) strategy is considered, under which a secondary transmitter (ST) is allowed to transmit only if its harvested energy is larger than a predefined transmission threshold and it is outside the guard zones of all active PTs. The transmission probability of the STs is derived. The outage probabilities and the throughputs of the primary and the secondary networks, respectively, are characterized. Compared with prior work, the throughput can be increased by as much as 29%. The energy-based OSA strategy can be generally applied to a non-CR setup, where distributed power beacons (PBs) are deployed to power coexisting wireless signal transmitters (WSTs) in a wireless powered sensor network.

• KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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• 제5권1호
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• pp.123-140
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• 2011

In this paper, we propose an Energy Efficient Media Access Control (EE-MAC) protocol for wireless sensor networks. The proposed scheme is designed to save power consumption and guarantee quality-of-service for real-time traffic. EE-MAC uses the superframe structure which is bounded by the transmission of a beacon frame and can have an active and an inactive portion. The active period is divided into the contention free period (CFP) for real-time traffic transmission and the contention access period (CAP) for non-real-time traffic transmission. We propose the exclusively allocated backoff scheme which assigns a unique backoff time value to each real-time node based on bandwidth allocation and admission control. This scheme can avoid collision between real-time nodes by controlling distributed fashion and take effect a statistical time division multiple access. We also propose the algorithm to change the duty cycle adaptively according to channel utilization of media depending on network traffic load. This algorithm can prolong network lifetime by reducing the amount of energy wasted on idle listening.

• KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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• 제10권9호
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• pp.4342-4366
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• 2016

Congestion control in Cluster Wireless Sensor Networks (CWSNs) has drawn widespread attention and research interests. The increasing number of nodes and scale of networks cause more complex congestion control and management. Active Queue Management (AQM) is one of the major congestion control approaches in CWSNs, and Random Early Detection (RED) algorithm is commonly used to achieve high utilization in AQM. However, traditional RED algorithm depends exclusively on source-side control, which is insufficient to maintain efficiency and state stability. Specifically, when congestion occurs, deficiency of feedback will hinder the instability of the system. In this paper, we adopt the Additive-Increase Multiplicative-Decrease (AIMD) adjustment scheme and propose an improved RED algorithm by using neighbor feedback and scheduling scheme. The congestion control model is presented, which is a linear system with a non-linear feedback, and modeled by Lur'e type system. In the context of delayed Lur'e dynamical network, we adopt the concept of cluster synchronization and show that the congestion controlled system is able to achieve cluster synchronization. Sufficient conditions are derived by applying Lyapunov-Krasovskii functionals. Numerical examples are investigated to validate the effectiveness of the congestion control algorithm and the stability of the network.

• 한국통신학회논문지
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• 제31권2B호
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• pp.107-116
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• 2006

본 논문에서는 무선 센서 네트워크에서 센싱 정밀도에 기반 한 그룹화 통신 프로토콜 (SRG)을 제안한다. SRG 는 센서 노드가 밀집해 있는 네트워크에서 응용계층이 요구하는 센싱 정밀도를 만족시키는 방법을 제공하는데, 그룹 헤더 노드를 매 round 마다 라운드-로빈 방식으로 교체하여 전반적인 센싱 정밀도를 높이고 각 노드가 소모하는 에너지를 비슷하게 되도록 만든다. 또한 라우팅 시에 소모되는 에너지를 줄이기 위해 그룹의 크기와 에너지 소모를 고려한 중계 노드를 선택 방법 제안하여 에너지 효율적인 통신이 이뤄지도록 한다. 성능평가를 위한 모의실험 결과 제안한 SRG 프로토콜은 센서노드들의 에너지 소비량을 줄이고 네트워크의 생존시간을 늘리는 것을 알 수 있다.

• Smart Structures and Systems
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• 제6권5_6호
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• pp.641-659
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• 2010

Structural Health Monitoring (SHM) gradually becomes a technique for ensuring the health and safety of civil infrastructures and is also an important approach for the research of the damage accumulation and disaster evolving characteristics of civil infrastructures. It is attracting prodigious research interests and the active development interests of scientists and engineers because a great number of civil infrastructures are planned and built every year in mainland China. In a SHM system the sheer number of accompanying wires, fiber optic cables, and other physical transmission medium is usually prohibitive, particularly for such structures as offshore platforms and long-span structures. Fortunately, with recent advances in technologies in sensing, wireless communication, and micro electro mechanical systems (MEMS), wireless sensor technique has been developing rapidly and is being used gradually in the SHM of civil engineering structures. In this paper, some recent advances in the research, development, and implementation of wireless sensors for the SHM of civil infrastructures in mainland China, especially in Dalian University of Technology (DUT) and Harbin Institute of Technology (HIT), are introduced. Firstly, a kind of wireless digital acceleration sensors for structural global monitoring is designed and validated in an offshore structure model. Secondly, wireless inclination sensor systems based on Frequency-hopping techniques are developed and applied successfully to swing monitoring of large-scale hook structures. Thirdly, wireless acquisition systems integrating with different sensing materials, such as Polyvinylidene Fluoride(PVDF), strain gauge, piezoresistive stress/strain sensors fabricated by using the nickel powder-filled cement-based composite, are proposed for structural local monitoring, and validating the characteristics of the above materials. Finally, solutions to the key problem of finite energy for wireless sensors networks are discussed, with future works also being introduced, for example, the wireless sensor networks powered by corrosion signal for corrosion monitoring and rapid diagnosis for large structures.

• 디지털콘텐츠학회 논문지
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• 제18권4호
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• pp.753-760
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• 2017

본 논문에서는 무선센서 네트워크 환경에서 스케줄링 기법 중 큐롬(Quorum)기반 이웃 노드 탐색 프로토콜을 개선한 결합 큐롬기반 스케줄링 기법을 제안한다. 본 논문에서 제시하는 방법은 서로 다른 크기를 갖는 두 개의 큐롭기반 스케줄링을 결합하여 새로운 스케줄을 생성하는 방법이다. 기존의 그리드기반의 큐롬 스케줄링 방법은 주어진 스케줄의 주기 내에서 2번의 만남을 보장하는 방법이지만 두 개의 그리드를 결합하여 생성된 스케줄방법은 두 개의 스케줄이 만나는 횟수가 증가한다. 제안하는 방법과 토심(TOSSIM) 시뮬레이터를 사용하여 그리드기반의 스케줄링 방법인 큐롬, 써치라이트 및 헤디스와 성능을 비교하였다. 실험에서 모든 센서 노드가 서로 다른 듀티 싸이클을 가정하여 실험을 수행하였다. 실제 실험결과 제안하는 방법이 기존의 다른 이웃 노드탐색 프로토콜에 비해 우수한 성능을 보였다.

• 한국통신학회논문지
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• 제36권11A호
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• pp.903-911
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• 2011

이 논문에서는 무선 센서네트워크의 한정된 에너지 사용의 문제점을 해결하기 위해 노드 적응적 데이터 병합 및 전달 기법을 제안한다. 기존 무선 센서네트워크 환경에서 에너지 효율을 위해 사용되었던 계층적 구조 방식의 LEACH나 TEEN 방식을 기반으로 제안된 방법은 모든 라운드에서 전송 데이터가 있는 멤버노드(Member Node:MN)이나 전송 데이터가 없는 MN 모두에게 프레임을 할당하여 전송데이터가 없는 MN도 활성상태 모드(Active Mode)로 에너지를 소비한다. 또한 수집 데이터가 있다해도 이전 전송 데이터와 동일한 경우에도 데이터를 전송함으로 MN의 에너지 소비를 가중시킨다. 대부분의 계층적 방식은 LEACH를 기반으로 제안되었다. 따라서 이 논문에서는 이런 문제를 해결하기 위해 센싱 데이터가 있는 MN에게만 프레임을 할당한다. 또한 센싱 데이터가 있는 MN 중 이전 전송 데이터와 통일한 데이터를 센싱한 MN는 휴지상태 모드(Sleep Mode)로 전환하여 중복 데이터 전송을 피해 클러스터헤드(Cluster Head:CH)의 데이터전송 에너지를 감소하고 CH에서 데이터 병합 에너지를 감소하여 네트워크 전체 에너지 효율성을 제공한다.