KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.4
no.3
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pp.224-242
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2010
Data routing in wireless sensor networks must be energy-efficient because tiny sensor nodes have limited power. A cluster-based hierarchical routing is known to be more efficient than a flat routing because only cluster-heads communicate with a sink node. Existing hierarchical routings, however, assume unrealistically large radio transmission ranges for sensor nodes so they cannot be employed in real environments. In this paper, by considering the practical transmission ranges of the sensor nodes, we propose a clustering and routing method for hierarchical sensor networks: First, we provide the optimal ratio of cluster-heads for the clustering. Second, we propose a d-hop clustering scheme. It expands the range of clusters to d-hops calculated by the ratio of cluster-heads. Third, we present an intra-cluster routing in which sensor nodes reach their cluster-heads within d-hops. Finally, an inter-clustering routing is presented to route data from cluster-heads to a sink node using multiple hops because cluster-heads cannot communicate with a sink node directly. The efficiency of the proposed clustering and routing method is validated through extensive simulations.
As one of the most important requirements for wireless sensor networks, prolonging network lifetime can be realized by minimizing energy consumption in cluster heads as well as sensor nodes. While most of the previous researches have focused on the energy of sensor nodes, we devote our attention to cluster heads because they are most dominant source of power consumption in the cluster-based sensor networks. Therefore, we seek to minimize energy consumption by minimizing the maximum(MINMAX) energy dissipation at each cluster heads. This work requires energy-efficient clustering of the sensor nodes while satisfying given energy constraints. In this paper, we present a constraint satisfaction modeling of cluster-based routing in a heterogeneous sensor networks because mixed integer programming cannot provide solutions to this MINMAX problem. Computational experiments show that substantial energy savings can be obtained with the MINMAX algorithm in comparison with a minimum total energy(MTE) strategy.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.8
no.5
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pp.1618-1637
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2014
Clustering wireless sensor network is an efficient way to reduce the energy consumption of individual nodes in a cluster. In clustering, multihop routing techniques increase the load of the Cluster head near the sink. This unbalanced load on the Cluster head increases its energy consumption, thereby Cluster heads die faster and create an energy hole problem. In this paper, we propose an Energy Balancing Cluster Head (EBCH) in wireless sensor network. At First, we balance the intra cluster load among the cluster heads, which results in nonuniform distribution of nodes over an unequal cluster size. The load received by the Cluster head in the cluster distributes their traffic towards direct and multihop transmission based on the load distribution ratio. Also, we balance the energy consumption among the cluster heads to design an optimum load distribution ratio. Simulation result shows that this approach guarantees to increase the network lifetime, thereby balancing cluster head energy.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.5
no.7
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pp.1293-1310
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2011
A simple modification of well known Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy (LEACH) protocol is proposed to exploit cooperative diversity. Instead of selecting a single cluster-head, we propose M cluster-heads in each cluster to obtain a diversity of order M. The cluster-heads gather data from all the sensor nodes within the cluster using same technique as LEACH. Cluster-heads transmit gathered data cooperatively towards the destination or higher order cluster-head. We propose a code combining based cooperative diversity protocol which is similar to coded cooperation that maximizes the performance of the proposed cooperative LEACH protocol. The implementation of the proposed cooperative strategy is analyzed. We develop the upper bounds on bit error rate (BER) and frame error rate (FER) for our proposal. Space time block codes (STBC) are also a suitable candidate for our proposal. In this paper, we argue that the STBC performs worse than the code combining cooperation.
IEMEK Journal of Embedded Systems and Applications
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v.9
no.6
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pp.361-367
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2014
This paper introduces balancing energy and memory consumption for lifetime increase of wireless sensor network. In cluster-based wireless sensor network, sensor nodes adjacent of cluster heads have a tendency to deplete their own battery energy and cluster heads occupy memory space significantly. If the nodes close to region where events occur frequently consume their energy and memory fully, network might be destroyed even though most of nodes are still alive. Therefore, it needs to balance network energy and memory with consideration of event occurrence probability so that network lifetime is increased. We show a method of balancing wireless sensor network energy and memory to organize cluster groups and elect cluster heads in terms of event occurrence probability.
KIPS Transactions on Computer and Communication Systems
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v.2
no.5
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pp.199-202
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2013
In the cluster mechanism of the wireless sensor network, the network lifetime is affected by how cluster heads are selected. One of the representative clustering mechanisms, the low-energy adaptive clustering hierarchy (LEACH), selects cluster heads periodically, resulting in high energy consumption in cluster reconstruction. On the other hand, the adaptive clustering algorithm via waiting timer (ACAWT) proposes a non-periodic re-clustering mechanism that reconstructs clusters if the remaining energy level of a cluster head reaches a given threshold. In this paper, we propose a re-clustering mechanism that uses multiple remaining node energy levels and does re-clustering when the remaining energy level of a cluster head reaches one level lower. Also, in determining cluster heads, both of the number of neighbor nodes and the remaining energy level are considered so that cluster heads can be more evenly placed. From the simulations based on the Qualnet simulator, we validate that our proposed mechanism outperforms ACAWT in terms of the network lifetime.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.35
no.5B
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pp.801-808
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2010
LEACH, one of hierarchical based routing protocols, was proposed for energy efficiency which is the most important requirement of Wireless Sensor Network(WSN). LEACH protocol is composed of a cluster of certain large number of clusters, which have a cluster head and member nodes. Member nodes send sensing data to their cluster heads, and the cluster heads aggregate the sensing data and transmit it to BS. The challenges of LEACH protocol are that cluster heads are not evenly distributed, and energy consumption to transmit aggregated data from Cluster heads directly to BS is excessive. This study, to improve LEACH protocol, suggests LECEEP that transmit data to contiguity cluster head that is the nearest and not far away BS forming chain between cluster head, and then the nearest cluster head from BS transmit aggregated data finally to BS. According to simulation, LECEEP consumes less energy and retains more number of survival node than LEACH protocol.
Journal of the Institute of Convergence Signal Processing
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v.12
no.3
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pp.199-203
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2011
The wireless sensor network (WSN) based on ad hoc network is applied to vehicle parking guide system without parking guide man at area or building with large scale of parking lots. The optimum number of cluster heads was derived for getting the minimum power consumption as well as time delay. Through the theoretical analysis of power consumption and time delay with the number of cluster heads in wireless sensor network, it was found that there exists the minimum point in the variation of power consumption and time delay according to the number of cluster heads.
The Journal of the Institute of Internet, Broadcasting and Communication
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v.15
no.6
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pp.103-108
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2015
Maintaining efficient energy consumption and elongating network lifetime are the key issues in wireless sensor networks. Existing routing protocols usually select the cluster heads based on the proximity to the sensor nodes. In this case the cluster heads can be placed farther to the base station, than the distance between the sensor nodes and the base station, which yields inefficient energy consumption. In this work we propose a novel algorithm that select the nodes in a cluster and the cluster heads based on the locations of related nodes. We verify that the proposed algorithm gives better performance in terms of network life time than existing solutions.
IEMEK Journal of Embedded Systems and Applications
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v.10
no.6
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pp.381-390
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2015
The efficient design of a transport protocol contributes to energy conservation as well as performance improvement in wireless sensor networks (WSNs). In this paper, a node-density-aware transport protocol (NDTP) for intra-cluster transmissions in WSNs for monitoring physical attributes is proposed, which takes node density into account to mitigate congestion in intra-cluster transmissions. In the proposed NDTP, the maximum active time and queue length of cluster heads are restricted to reduce energy consumption. This is mainly because cluster heads do more works and consume more energy than normal sensor nodes. According to the performance evaluation results, the proposed NDTP outperforms the conventional protocol remarkably in terms of network lifetime, congestion frequency, and packet error rate.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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