The rapid deployment of millions of mobile sensors and smart devices has resulted in high demand for opportunistic encounter-based networking. For the cooperative video surveillance of dashboard cameras in nearby vehicles, a fast and energy-efficient asynchronous neighbor discovery protocol is indispensable because a dashboard camera is an energy-hungry device after the vehicle's engine has turned off. In the existing asynchronous neighbor discovery protocols, all nodes always try to discover all neighbors. However, a dashboard camera needs to discover nearby dashboard cameras when an event is detected. In this paper, we propose a fast and energy-efficient asynchronous neighbor discovery protocol, which enables nodes : 1) to have different roles in neighbor discovery, 2) to discover neighbors within a search range, and 3) to report promptly the exact discovery result. The proposed protocol has two modes: periodic wake-up mode and active discovery mode. A node begins with the periodic wake-up mode to be discovered by other nodes, switches to the active discovery mode on receiving a neighbor discovery request, and returns to the periodic wake-up mode when the active discovery mode finishes. In the periodic wake-up mode, a node wakes up at multiples of number ${\alpha}$, where ${\alpha}$ is determined by the node's remaining battery power. In the active discovery mode, a node wakes up for consecutive ${\gamma}$ slots. Then, the node operating in the active discovery mode can discover all neighbors waking up at multiples of ${\beta}$ for ${\beta}{\leq}{\gamma}$ within ${\gamma}$ time slots. Since the proposed protocol assigns one half of the duty cycle to each mode, it consumes equal to or less energy than the existing protocols. A performance comparison shows that the proposed protocol outperforms the existing protocols in terms of discovery latency and energy consumption, where the frequency of neighbor discovery requests by car accidents is not constantly high.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.25
no.11
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pp.1596-1602
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2021
Battery-operated IoT devices in IoT systems require low power consumption. In general, IoT devices enter a sleep state synchronously to reduce power consumption. A problem arises when an IoT device has to handle asynchronous user requests, as the duty cycle must be reduced to enhance response time. In this paper, we propose a new low-power-consumption scheme, called Repetitive Wake-up scheme for IoT systems of asynchronous environments such as indoor lights control. The proposed scheme can reduce power consumption by sending wake-up signals from the smartphone repetitively and by retaining the IoT device in sleep state to the smallest possible duty cycle. In the various environments with IoT devices at home or office space, we showed that the proposed scheme can reduce power consumption by up to five times compared to the existing synchronous interlocking technique.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.6
no.12
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pp.3152-3165
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2012
Wireless sensor networks (WSN) often employ asynchronous MAC scheduling, which allows each sensor node to wake up independently without synchronizing with its neighbor nodes. However, this asynchronous scheduling may not deal with collisions due to hidden terminals effectively. Although most of the existing asynchronous protocols exploit a random back-off technique to resolve collisions, the random back-off cannot secure a receiver from potentially repetitive collisions and may lead to a substantial increase in the packet latency. In this paper, we propose a new collision resolution algorithm called Transient Coordinator (TC) for asynchronous WSN MAC protocols. TC resolves a collision on demand by ordering senders' transmissions when a receiver detects a collision. To coordinate the transmission sequence both the receiver and the collided senders perform handshaking to collect the information and to derive a collision-free transmission sequence, which enables each sender to exclusively access the channel. According to the simulation results, our scheme can improve the average per-node throughput by up to 19.4% while it also reduces unnecessary energy consumption due to repetitive collisions by as much as 91.1% compared to the conventional asynchronous MAC protocols. This demonstrates that TC is more efficient in terms of performance, resource utilization, and energy compared to the random back-off scheme in dealing with collisions for asynchronous WSN MAC scheduling.
The Journal of the Institute of Internet, Broadcasting and Communication
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v.23
no.4
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pp.23-28
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2023
In a wireless smart utility network communication system, an asynchronous low power MAC is standardized and used according to IEEE 802.15.4e. An asynchronous MAC called RIT (Receiver Initiated Transmission) has a characteristic in which delay time and power consumption are greatly affected by a check-in interval (RIT period). By waking up from sleep every check-in interval and checking whether there is data to be received, power consumption in the receiving end can be drastically reduced, but power consumption in the transmitting end occurs due to an excessive wakeup sequence. If an excessive wake-up sequence is reduced by shortening the check interval, power consumption of the receiving end increases due to too frequent wake-up. In the RIT asynchronous MAC technique, power consumption performance according to traffic load and operation of check-in interval is analyzed and applied to Wi-SUN construction.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.8
no.5
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pp.1604-1617
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2014
This paper proposes RIX-MAC (Receiver-Initiated X-MAC), a new energy-efficient MAC protocol based on an asynchronous duty cycling. RIX-MAC improves energy efficiency through utilizing short preambles and adopting the receiver-initiated approach, where RIX-MAC minimizes sender nodes' energy consumption by enabling transmitters to predict receiver nodes' wake-up times. It also reduces receiver nodes' energy consumption by decreasing the number of control frames. We use the network simulator to evaluate RIX-MAC's performance. Compared to the prior asynchronous duty cycling approaches of X-MAC and PW-MAC, the proposed protocol shows a remarkable improvement in energy-efficiency and end-to-end delay.
IEMEK Journal of Embedded Systems and Applications
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v.12
no.3
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pp.131-138
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2017
QR/NFC tags have been utilized in various fields like exhibition, museum, and so on, but they have a drawback that they are read-only fundamentally. We devise a novel device called a smart memory tag (below mem-tag) which is supplemented with the write function through combining a flash memory into a NFC tag. A mem-tag is composed of an NFC tag, an MCU, a flash memory, a bluetooth module, and a battery, and is inter-operating with smartphones via bluetooth communication. It can be used in a bulletin board to support writing replies and in a check-in service to verify the presence of the site. What matters is that users' inter-operations are borne to be asynchronous, which leads to the energy consumption to wait for users' actions. Sleep mechanisms and asynchronous MAC protocols used in ubiquotous sensor networks cannot avoid the consumption of battery. In this paper, we propose a touch and play scheme for minimizing the consumption of battery that the MCU wakes up and PLAY when a user TOUCH the mem-tag. We implemented the system to show that our scheme lets the mem-tag work 50 times longer than the sleep and wake-up scheme.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.5
no.6
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pp.1113-1132
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2011
In wireless sensor networks (WSNs), most energy saving asynchronous MAC protocols are custom tailored for unicast communications only. However, broadcast protocols are very commonly used in WSNs for a variety of functionalities, such as gathering network topology information, event monitoring and query processing. In this paper, we propose a novel low-power asynchronous broadcast MAC protocol called Alarm Broadcast (A-CAST). A-CAST employs the strobe preamble that specifies the residual waiting time for the following data transmission. Each receiver goes back to sleep upon hearing the strobe preamble for the residual time duration, to conserve energy and to wake up just before data transmission starts. We compute the energy consumption of A-CAST via rigorous mathematical analysis. The analytic results show that A-CAST outperforms B-CAST, a simple broadcast extension of the well-known B-MAC. We also implement A-CAST on sensor motes and evaluated its performance through real experiments. Our experimental results show that A-CAST reduces the energy consumption by up to 222% compared to the previously proposed protocols.
The reliability of sensor networks is generally dependent on the battery power of the sensor nodes that it employs; hence it is crucial for the sensor nodes to efficiently use their battery resources. This research paper presents a method to increase the reliability of sensor nodes by constructing a connected dominating tree (CDT), which is a subnetwork of wireless sensor networks. It detects the minimum number of dominatees, dominators, forwarder sensor nodes, and aggregates, as well as transmitting data to the sink. A new medium access control (MAC) protocol, called Homogenous Quorum-Based Medium Access Control (HQMAC), is also introduced, which is an adaptive, homogenous, asynchronous quorum-based MAC protocol. In this protocol, certain sensor nodes belonging to a network will be allowed to tune their wake-up and sleep intervals, based on their own traffic load. A new quorum system, named BiQuorum, is used by HQMAC to provide a low duty cycle, low network sensibility, and a high number of rendezvous points when compared with other quorum systems such as grid and dygrid. Both the theoretical results and the simulation results proved that the proposed HQMAC (when applied to a CDT) facilitates low transmission latency, high delivery ratio, and low energy consumption, thus extending the lifetime of the network it serves.
This paper proposes an X-MAC/BEB protocol that runs a binary exponential backoff (BEB) algorithm on top of an X-MAC protocol to save more energy by reducing collision, especially in densely populated wireless sensor networks (WSNs). X-MAC, a lightweight asynchronous duty cycle medium access control (MAC) protocol, was introduced for spending less energy than its predecessor, B-MAC. One of X-MAC 's conspicuous technique is a mechanism to allow senders to promptly send their data when their receivers wake up. X-MAC, however, has no mechanism to deal with sudden traffic fluctuations that often occur whenever closely located nodes simultaneously diffuse their sense data. To precisely evaluate the impact of the BEB algorithm on X-MAC, this paper builds an analytical model of X-MAC/BEB that integrates the BEB model with the X-MAC model. The analytical and simulation results confirmed that X-MAC/BEB outperformed X-MAC in terms of throughput, delay, and energy consumption, especially in congested WSNs.
One of the major issues in recent researches on wireless sensor networks is to reduce energy consumption of sensor nodes operating with limited battery power, in order to lengthen their lifespan. Among the researches, we are interested in the schemes in which a sensor node periodically turns on and off its radio and requires information on the time when its neighbors will wake up (or turn on). Clock synchronization is essential for wakeup scheduling in such schemes. This paper proposes three methods based on the asynchronous averaging algorithm for clock synchronization in sensor nodes which periodically wake up: (1) a fast clock synchronization method during an initial network construction period, (2) a periodic clock synchronization method for saving energy consumption, and (3) a decision method for switching the operation mode of sensor nodes between the two clock synchronization methods. Through simulation, we analyze maximum clock difference and the number of messages required for clock synchronization.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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