KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제13권3호
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pp.1238-1259
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2019
Saving energy is a big challenge for Wireless Sensor Networks (WSNs), which becomes even more critical in large-scale WSNs. Most energy waste is communication related, such as collision, overhearing and idle listening, so the schedule-based access which can avoid these wastes is preferred for WSNs. On the other hand, clustering technique is considered as the most promising solution for topology management in WSNs. Hence, providing interference-free clustering is vital for WSNs, especially for large-scale WSNs. However, schedule management in cluster-based networks is never a trivial work, since it requires inter-cluster cooperation. In this paper, we propose a clustering method, called Interference-Free Clustering Protocol (IFCP), to partition a WSN into interference-free clusters, making timeslot management much easier to achieve. Moreover, we model the clustering problem as a multi-objective optimization issue and use non-dominated sorting genetic algorithm II to solve it. Our proposal is finally compared with two adaptive clustering methods, HEED-CSMA and HEED-BMA, demonstrating that it achieves the good performance in terms of delay, packet delivery ratio, and energy consumption.
We develop a low complexity cooperative diversity protocol for low energy adaptive clustering hierarchy (LEACH) based wireless sensor networks. A cross layer approach is used to obtain spatial diversity in the physical layer. In this paper, a simple modification in clustering algorithm of the LEACH protocol is proposed to exploit virtual multiple-input multiple-output (MIMO) based user cooperation. In lieu of selecting a single cluster-head at network layer, we proposed M cluster-heads in each cluster to obtain a diversity order of M in long distance communication. Due to the broadcast nature of wireless transmission, cluster-heads are able to receive data from sensor nodes at the same time. This fact ensures the synchronization required to implement a virtual MIMO based space time block code (STBC) in cluster-head to sink node transmission. An analytical method to evaluate the energy consumption based on BER curve is presented. Analysis and simulation results show that proposed cooperative LEACH protocol can save a huge amount of energy over LEACH protocol with same data rate, bit error rate, delay and bandwidth requirements. Moreover, this proposal can achieve higher order diversity with improved spectral efficiency compared to other virtual MIMO based protocols.
이동 애드혹 네트워크(MANET)는 기반 네트워크 없이 구성되어 분산알고리즘을 통해 상호간 통신을 하게 된다. 이러한 MANET에서는 정적인 네트워크에 비해 토폴로지가 자주 변하고 노드의 에너지가 제한적이므로 이동성을 고려한 에너지 효율적인 라우팅 프로토콜이 요구된다. 기존에 연구된 RODMRP(Resilient Ontology-based Dynamic Multicast Routing Protocol)는 동적인 네트워크에서도 적응적으로 망 유지를 하는 라우팅 프로토콜이 제안되고 있으나, 제안된 구조에서의 최적화된 계층 깊이에 대해서는 고려하지 않았다. 따라서 본 논문에서는, 상황인식 기반을 활용한 계층적 클러스터링에서 노드의 계층 깊이 제어가 가능한 CACH-RODMRP(RODMRP Context-Awareness Clustering Hierarchy)를 제안한다. 본 논문에서 제안된 CACH-RODMRP는 토폴로지 변경에 대해 상황인식을 기반으로 하여 적응적으로 토폴로지의 계층구조의 깊이에 대한 제어가 가능하여 보다 효율적인 노드의 에너지 관리가 이루어짐을 확인 할 수 있었다.
Mary, S.A. Sahaaya Arul;Gnanadurai, Jasmine Beulah
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제10권4호
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pp.1692-1711
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2016
Energy is a scarce resource in wireless sensor networks (WSNs). A variety of clustering protocols for WSNs, such as the zone-based stable election protocol-enhanced (ZSEP-E), have been developed for energy optimization. The ZSEP-E is a heterogeneous zone-based clustering protocol that focuses on unbalanced energy consumption with parallel formation of clusters in zones and election of cluster heads (CHs). Most ZSEP-E research has assumed probabilistic election of CHs in the zones by considering the maximum residual energy of nodes. However, studies of the diverse CH election parameters are lacking. We investigated the performance of the ZSEP-E in such scenarios using a fuzzy logic approach based on three descriptors, i.e., energy, density, and the distance from the node to the base station. We proposed an efficient ZSEP-E scheme to adapt and elect CHs in zones using fuzzy variables and evaluated its performance for different energy levels in the zones.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제14권4호
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pp.1419-1436
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2020
For an energy harvesting sensor network, when the network lifetime is not the only primary goal, maximizing the network performance under environmental energy harvesting becomes a more critical issue. However, clustering protocols that aim at providing maximum information throughput have not been thoroughly explored in Energy Harvesting Wireless Sensor Networks (EH-WSNs). In this paper, clustering protocols are studied for maximizing the data transmission in the whole network. Based on a long short-term memory (LSTM) energy predictor and node energy consumption and supplement models, an uneven clustering protocol is proposed where the cluster head selection and cluster size control are thoroughly designed for this purpose. Simulations and results verify that the proposed scheme can outperform some classic schemes by having more data packets received by the cluster heads (CHs) and the base station (BS) under these energy constraints. The outcomes of this paper also provide some insights for choosing clustering routing protocols in EH-WSNs, by exploiting the factors such as uneven clustering size, number of clusters, multiple CHs, multihop routing strategy, and energy supplementing period.
E-Health allows you to supersede the central patient wireless healthcare system. Wireless Body Sensor Network (WBSN) is the first phase of the e-Health system. In this paper, we aim to understand e-Health architecture and configuration, and attempt to minimize energy consumption and latency in transmission routing protocols during restrictive latency in data delivery of WBSN phase. The goal is to concentrate on polling protocol to improve and optimize the routing time interval and schedule communication to reduce energy utilization. In this research, two types of network models routing protocols are proposed - elemental and clustering. The elemental model improves efficiency by using a polling protocol, and the clustering model is the extension of the elemental model that Destruct Supervised Decision Tree (DSDT) algorithm has been proposed to solve the time interval conflict transmission. The simulation study verifies that the proposed models deliver better performance than the existing BSN protocol for WBSN.
International Journal of Computer Science & Network Security
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제21권9호
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pp.230-238
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2021
A sensor network is made up of many sensors deployed in different areas to be monitored. They communicate with each other through a wireless medium. The routing of collected data in the wireless network consumes most of the energy of the network. In the literature, several routing approaches have been proposed to conserve the energy at the sensor level and overcome the challenges inherent in its limitations. In this paper, we propose a new low-energy routing protocol for power grids sensors based on an unsupervised clustering approach. Our protocol equitably harnesses the energy of the selected cluster-head nodes and conserves the energy dissipated when routing the captured data at the Base Station (BS). The simulation results show that our protocol reduces the energy dissipation and prolongs the network lifetime.
일반적으로 애드-혹 네트워크에 적용되는 라우팅 알고리즘은 수천 개 이상의 많은 노드를 포함하는 환경에는 적합하지 않다. 이 문제를 해결하기 위해서 노드에 대한 계층적 관리와 토플로지의 안정적 유지를 위해 클러스터링 기반의 프로토콜을 이용한다. 본 논문에서는 통신 노드들을 장착한 금속 컨테이너들이 이동하는 환경에서도 적용 가능한 클러스터링 기반의 변형 LEACH 프로토콜을 제안한다. 제안한 프로토콜은 클러스터 기반의 프로토콜인 LEACH에 노드 이동을 감지하는 모듈을 구현하였고, 노드가 이동하는 환경에서 LEACH가 가지는 단점을 개선하였다. 그리고 멀티 홉의 구성 방법을 조절하여 효율적인 통신이 가능하도록 하였다. 또한 제안한 프로토콜과 기존의 LEACH 프로토콜을 점진적 네트워크 구성 시간, 토플로지 재구성 시간, 컨테이너 환경에서의 통신 성공률, 그리고 라우팅 오버헤드라는 네 가지 관점에서 비교하였다. 비교 결과, 본 논문에서 제안한 프로토콜이 금속 컨테이너에 포함된 이동 가능한 노드의 통신에서 기존의 LEACH 프로토콜보다 우수함을 확인하였다.
This paper proposes a modified end-to-end secure low energy adaptive clustering hierarchy (ME-LEACH) algorithm for enhancing the lifetime of a wireless sensor network (WSN). Energy limitations are a major constraint in WSNs, hence every activity in a WSN must efficiently utilize energy. Several protocols have been introduced to modulate the way a WSN sends and receives information. The end-to-end secure low energy adaptive clustering hierarchy (E-LEACH) protocol is a hierarchical routing protocol algorithm proposed to solve high-energy dissipation problems. Other methods that explore the presence of the most powerful nodes on each cluster as cluster heads (CHs) are the sparsity-aware energy efficient clustering (SEEC) protocol and an energy efficient clustering-based routing protocol that uses an enhanced cluster formation technique accompanied by the fuzzy logic (EERRCUF) method. However, each CH in the E-LEACH method sends data directly to the base station causing high energy consumption. SEEC uses a lot of energy to identify the most powerful sensor nodes, while EERRCUF spends high amounts of energy to determine the super cluster head (SCH). In the proposed method, a CH will search for the nearest CH and use it as the next hop. The formation of CH chains serves as a path to the base station. Experiments were conducted to determine the performance of the ME-LEACH algorithm. The results show that ME-LEACH has a more stable and higher throughput than SEEC and EERRCUF and has a 35.2% better network lifetime than the E-LEACH algorithm.
자율성 및 이동성 갖는 네트워크 구조의 하나인 MANET(Mobile Ad-Hoc Networks)은 각 node들은 그 특성에 따라서 clustering service을 한다. node의 전송과정 중 path access에 대하여 중요성 또한 강조되고 있다. 일반적인 무선 네트워크 상에서의 node들은 clustering을 하게 되는데 그 과정에서 발생되는 여러 가지 문제점을 가지고 전송이 이루어진다. 모든 node들이 송, 수신상의 전송 범위(Beam forming area)가지고 있으며, 이러한 각 node들의 전송범위 내에 전송이 이루어지는 전통적인 전송기술 mechanism을 찾는다. 이러한 전송상황에서의 송신하는 node와 수신된 node간에 발생되고 있는 중복성의 문제점으로 즉, 상호적용에 의한 네트워크 duplicate(overlapping)이 크게 우려가 되고 있다. 이러한 전송상의 전송 범위 중첩, node간의 packet 간섭현상, packet의 중복수신 및 broadcasting의 storming현상이 나타난다. 따라서 본 논문에서는 상황정보의 속성을 이용한 계층적 상호 head node들의 접근된 위치와 연계되는 전송속도, 보존하고 있는 head node들의 에너지 source value, doppler효과를 통한 head node의 이동방향 등 분석한다. 분석된 방법으로 전송상의 계층적 path가 구성된 경험적 path 속성을 통한 네트워크 connectivity 신뢰성을 극대화 할 뿐만 아니라 네트워크의 전송 범위 duplicate을 사전에 줄일 수 있고 전송망의 최적화를 유지할 수 있는 기법의 하나인 상황정보를 이용한 ad hoc network의 ODDMRP(Ontology Doppler effect-based Dynamic Multicast Routing Protocol) clustering 기법을 제안한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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