The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.39B
no.10
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pp.708-714
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2014
Wireless sensor networks (WSNs) generally consist of densely deployed sensor nodes that depend on batteries for energy. Having a large number of densely deployed sensor nodes causes energy waste and high redundancy in sensor data transmissions. The problems of power limitation and high redundancy in sensing coverage can be solved by appropriate scheduling of node activity among sensor nodes. In this paper, we propose a cellular automata based node scheduling algorithm for prolonging network lifetime with a balance of energy savings among nodes while achieving high coverage quality. Based on a cellular automata framework, we propose a new mathematical model for the node scheduling algorithm. The proposed algorithm uses local interaction based on environmental state signaling for making scheduling decisions. We analyze the system behavior and derive steady states of the proposed system. Simulation results show that the proposed algorithm outperforms existing protocols by providing energy balance with significant energy savings while maintaining sensing coverage quality.
Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
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2012.05a
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pp.241-244
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2012
In mobile ad-hoc networks, it should be the most important issue to reduce the power consumption of communications, because the resource of a node is limited in these networks. In existing cluster-based routing protocols, cluster headers participate in almost all communication processes. Therefore the lifetime of the cluster header is shortened and it does not have the effective route. In the proposed cluster-based routing protocol, the cluster header transmits a control packet which gives the route information to member nodes. This makes that the cluster header decreases the number of participating in communications, and that node members do not have to communicate trough the cluster header. This results in extending the lifetime of the cluster header, and having the effective route, data transmission rate and improved stability of routes.
Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
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2012.05a
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pp.224-227
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2012
In the Cluster-Based Routing Protocol (CBRP), a cluster header in each cluster is selected. The cluster headers consume energy much more than other nodes because they manage and operate all of mobile nodes in their cluster. The traditional CBRP selects a cluster header without considering the remaining energy of each node. So, there exists problems that the cluster header has short average lifetime, and another cluster header should be selected frequently. In this paper, we propose the advanced protocol which prolongs the lifetime of the cluster header and enhances the stability of the path. In order to achieve this, when a cluster header is elected in a cluster, the remaining energies of all of nodes are compared with one another, and the node with the highest energy is selected as the cluster header.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.16
no.6
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pp.1173-1178
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2012
In the Cluster-Based Routing Protocol (CBRP) a cluster header in each cluster should be elected. The cluster headers consume energy much more than other nodes because they manage and operate all of mobile nodes in their cluster. The traditional CBRP elects a cluster header without considering the remaining electric energy of each node. So, there exists problems that the cluster header has short average lifetime, and another cluster header should be elected again frequently. In this paper, we propose the improved protocol which prolongs the lifetime of the cluster header and enhances the stability of the path. In order to achieve this, when a cluster header is elected in a cluster, the remaining electric energies of all the nodes are compared with one another, and the node with the highest energy is elected as the cluster header.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.10
no.12
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pp.3675-3681
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2009
One of the most important factors in the lifetime of WSN(Wireless Sensor Network) is the limited resources and static control problem of the sensor nodes. In order to achieve energy efficiency and network utilities, sensor nodes can be well organized into one cluster and selected head node and normal node by dynamic conditions. Various clustering algorithms have been proposed as an efficient way to organize method based on LEACH algorithm. In this paper, we propose an efficient clustering algorithm using information entropy theory based on LEACH algorithm, which is able to recognize environmental differences according to changes from data of sensor nodes. To measure and analyze the changes of clusters, we simply compute the entropy of sensor data and applied it to probability based clustering algorithm. In experiments, we simulate the proposed method and LEACH algorithm. We have shown that our data balanced and energy efficient scheme, has high energy efficiency and network lifetime in two conditions.
Zhang, Jian;Tang, Jian;Wang, Zhonghui;Wang, Feng;Yu, Gang
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.14
no.3
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pp.1204-1227
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2020
The tradeoff between energy conservation and traffic balancing is a dilemma problem in Wireless Sensor Networks (WSNs). By analyzing the intrinsic relationship between cluster properties and long distance transmission energy consumption, we characterize three node sets of the cluster as a theoretical foundation to enhance high performance of WSNs, and propose optimal solutions by introducing rendezvous and Mobile Elements (MEs) to optimize energy consumption for prolonging the lifetime of WSNs. First, we exploit an approximate method based on the transmission distance from the different node to an ME to select suboptimal Rendezvous Point (RP) on the trajectory for ME to collect data. Then, we define data transmission routing sequence and model rendezvous planning for the cluster. In order to achieve optimization of energy consumption, we specifically apply the economic theory called Diminishing Marginal Utility Rule (DMUR) and create the utility function with regard to energy to develop an adaptive energy consumption optimization framework to achieve energy efficiency for data collection. At last, Rendezvous Transmission Algorithm (RTA) is proposed to better tradeoff between energy conservation and traffic balancing. Furthermore, via collaborations among multiple MEs, we design Two-Orbit Back-Propagation Algorithm (TOBPA) which concurrently handles load imbalance phenomenon to improve the efficiency of data collection. The simulation results show that our solutions can improve energy efficiency of the whole network and reduce the energy consumption of sensor nodes, which in turn prolong the lifetime of WSNs.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.39C
no.3
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pp.239-246
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2014
In the context of wireless sensor networks, one of major issues is energy conservation. For low power communication, by utilizing our experimental results for the relation between clock drift and synchronization interval, we designed a new protocol which can support a wide range of duty cycles for applications with very low traffic rate and insensitive delay. The transmission (TX) node in the protocol synchronizes with the reception (RX) node very before transmitting a packet, and it can adaptively estimate the synchronization error size according to the synchronization interval from minutes to hours. We conducted simulations and a testbed implementation to show the efficacy of the proposed protocol. We found that our protocol substantially outperforms other state-of-the-art protocols, resulting in order-of-magnitude increase in network lifetime over a variety of duty cycles.
In the wireless sensor network, flooding is required for the dissemination of queries and event announcements. The simple flooding causes the implosion and the overlap problems, so the simple flooding may result in the reduced network lifetime. Therefore, in this paper, we propose the flooding overlay structure (FOS) so that the overhead caused by flooding can be reduced. We propose two variants of FOS mechanisms, the centralized FOS (CFOS) and the distributed FOS (DFOS). In CFOS, the sink collects the network topology information and selects forwarding nodes based on that information. On the other hand, DFOS allows each sensor node to decide whether to act as a forwarding node or not based on its local information. For the performance evaluation of our proposed mechanisms, we carry out NS-2 based simulations and compare ours with the simple flooding and the gossiping. The simulation results indicate that the proposed FOS mechanisms outperform the simple flooding in terms of the network lifetime and the gossiping in terms of the data delivery ratio.
Journal of the Korea Society of Computer and Information
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v.17
no.2
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pp.119-126
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2012
Local monitoring is an effective technique in securing data of wireless sensor networks. Existing solutions require high communication cost for detecting false data and this results in a network lifetime being shortened. This paper proposes novel techniques of monitoring based secure data aggregation and filtering false data in wireless sensor networks. The aim is to reduce energy consumption in securing data aggregation. An aggregator and its monitoring node perform data aggregation in a 60o sextant cluster. By checking Message Authentication Codes (MAC), aggregation data will be dropped by a forward aggregator if data aggregated by the aggregator and data monitored by the monitoring node are inconsistent. The simulation shows that the proposed protocol can reduce the amount of average energy consumption about 64% when comparing with the Data Aggregation and Authentication protocol (DAA)[1]. Additionally, the network lifetime of the proposed protocol is 283% longer than that of DAA without any decline in data integrity.
A sensor network is composed of a large number of tiny devices, scattered and deployed in a specified regions. Each sensing device has processing and wireless communication capabilities, which enable it to gather information from the sensing area and to transfer report messages to a base station. The energy-efficient routing paths are established when the base station requests a query, since each node has several characteristics such as low-power, constrained energy, and limited capacity. The established paths are recovered while minimizing the total transmit energy and maximizing the network lifetime when the paths are broken. In this paper, we propose a routing algorithm that each sensor node reports its adjacent link information to the sink node when a sink node broadcasts a query. The sink node manages the total topology and establishes routing paths. This algorithm has a benefit to find an alternative path by reducing the negotiating messages for establishing paths when the established paths are broken. To reduce the overhead of collection information, each node has a link information before reporting to the sink. Because the node recognizes which nodes are adjacent. The proposed algorithm reduces the number of required messages, because sensor nodes receive and report routing messages for establishment at the beginning of configuring routing paths, since each node keeps topology information to establish a routing path, which is useful to report sensing tasks in monitoring environments.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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