• 한국ITS학회:학술대회논문집
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• 한국ITS학회 2007년도 제6회 추계학술대회 및 정기총회
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• pp.225-229
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• 2007

최근에 무선 센서 네트워크는 여러 분야에서 다양하게 활용되고 있으며 간단한 환경 모니터링 시스템에서부터 기계, 구조물, 교량, 비행기와 같은 모션 모니터링과 군사, 텔레매틱스와 같은 정보량이 많고 복잡한 시스템에 적용이 시도되고 있다. 따라서 간단한 역할만 수행하면서 저 전력으로 오랜 시간 동안 운용을 목표로 해온 무선 센서 네트워크는 어려운 작업을 수행하도록 요구되고 있다. 일반적으로 무선 센서 네트워크의 MAC 프로토콜들은 주기적으로 sleep / wake를 반복하여 필요한 에너지 소비를 줄이며 이를 Duty Cycling이라고 한다. 하지만 이러한 Duty Cycling은 sleep 구간 동안에 전송할 수 없어서 홉(Hop)이 늘어날수록 전송지연이 증가하는 단점이 있다. 이러한 전송지연은 비행기 날개, 군사, 텔레매틱스 등의 복잡한 시스템이나 교통사고위험 감지 경고 시스템과 같이 빠른 데이터 처리가 필요한 시스템에서 큰 문제점이 될 수 있다. 본 논문에서는 수신 구간을 분산 배치 알고리즘(Distributed Duty Cycling, DDC)을 통하여 무선 센서 네트워크 MAC(Media Access Control) 프로토콜에서 발생하는 전송지연을 크게 줄이는 기법을 제안한다. 제안한 알고리즘은 CC2420DBK를 이용한 필드 테스트를 통해서 검증되었으며 실험 결과를 통해서 DDC 알고리즘을 통해서 전송지연을 크게 줄이고 에너지 소비 또한 감소한다는 것을 확인 할 수 있다.

• KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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• 제11권8호
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• pp.3809-3822
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• 2017

Wireless Sensor Networks hold the limelight because of significant potential for distributed sensing of large geographical areas. The radio duty cycling mechanism that turns off the radio periodically is necessary for the energy conservation, but it deteriorates the network congestion when the traffic load is high, which increases the packet loss and the delay too. Although many papers for WSNs have tried to mitigate network congestion, none of them has mentioned the congestion problem caused by the radio duty cycling of MAC protocols. In this paper, we present a simple and efficient congestion control technique that operates on the radio duty cycling MAC protocol. It detects the congestion by checking the current queue size. If it detects the congestion, it extends the network capacity by adding supplementary wakeup times. Simulation results show that our proposed scheme highly reduces the packet loss and the delay.

• KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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• 제5권1호
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• pp.105-122
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• 2011

The fundamental design goal of wireless sensor MAC protocols is to minimize unnecessary power consumption of the sensor nodes, because of its stringent resource constraints and ultra-power limitation. In existing MAC protocols in wireless sensor networks (WSNs), duty cycling, in which each node periodically cycles between the active and sleep states, has been introduced to reduce unnecessary energy consumption. Existing MAC schemes, however, use a fixed duty cycling regardless of multi-hop communication and traffic fluctuations. On the other hand, there is a tradeoff between energy efficiency and delay caused by duty cycling mechanism in multi-hop communication and existing MAC approaches only tend to improve energy efficiency with sacrificing data delivery delay. In this paper, we propose two different MAC schemes (ADS-MAC and ELA-MAC) using closed-loop control in order to achieve both energy savings and minimal delay in wireless sensor networks. The two proposed MAC schemes, which are synchronous and asynchronous approaches, respectively, utilize an adaptive timer and a successive preload frame with closed-loop control for adaptive duty cycling. As a result, the analysis and the simulation results show that our schemes outperform existing schemes in terms of energy efficiency and delivery delay.

• 한국인터넷방송통신학회논문지
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• 제16권6호
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• pp.141-146
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• 2016

굴착 현장 인접 구조물의 안정성을 확보하기 위해 현장 주변 지반의 변형을 모니터링하는 것은 중요하다. 지반특성과 굴착 깊이에 따라 굴착 중 벽체의 변형이 다르게 발생하며, 이를 정확하게 예측하는 것은 불가능하다. 따라서 굴착지지 벽체 후방에 인클리노미터를 탑재한 센서를 설치하여 이를 모니터링한다. 본 논문에서는 굴착과정에서 벽체의 변형을 모니터링하기 위해 무선 센서 노드를 사용한 모니터링 시스템을 설계하였다. 또한 배터리 기반의 센서 노드의 수명을 연장하기 위해 굴착 진행 과정과 인클리노미터의 계측 값에 따라 위험도 등급을 설정하고 해당 등급에 따라 활성/휴면 구간을 적응적으로 변경하는 기법을 제안하였다. 지연시간 분석을 통해 제안기법은 굴착현장과 같이 위험도가 다른 데이터가 동적으로 발생하는 환경에서 고정 듀티사이클링 기법에 비해 지연시간을 크게 줄일 수 있음을 확인한다.

• KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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• 제8권5호
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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.

• 인터넷정보학회논문지
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• 제13권3호
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• pp.23-30
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• 2012

본 논문에서는 이론과 실제 현상의 차이를 보이기 위해 우선 테스트베드 센서 네트워크에서 이론에 기반한 이웃 노드 집합과 실제 연결 설정된 이웃 노드 집합의 차이의 결과를 보인다. 이러한 결과는 이론적 통신 반경에 근거한 관리 메커니즘들(예, 듀티사이클링, 라우팅, 애그리게이션 등)이 의도한 성능을 얻지 못할 가능성을 시사해 준다. 본 논문에서는 에너지 효율성을 고려하여 실제 이웃 노드 집합에 기반한 실용적인 듀티사이클링 메커니즘을 제안한다. 이 메커니즘은 각 존(의도되어 분할된 네트워크의 일부 영역)에서 특정 임계치 내의 유사성을 가진 센싱값들의 중복 전송을 억제한다. 실제 센서 데이터를 이용한 시뮬레이션을 통하여 제안한 메커니즘이 중요 센싱값의 전송을 보장하며, 네트워크 라이프타임을 증가시킴을 보인다.

• Journal of Communications and Networks
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• 제18권2호
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• pp.201-209
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• 2016

In wireless sensor networks (WSNs) duty cycling has been an imperative choice to reduce idle listening but it introduces sleep delay. Thus, the conventional WSN medium access control protocols are bound by the energy-latency tradeoff. To break through the tradeoff, we propose a radio wave sensor called radio frequency (RF) wakeup sensor that is dedicated to sense the presence of a RF signal. The distinctive feature of our design is that the RF wakeup sensor can provide the same sensitivity but with two orders of magnitude less energy than the underlying RF module. With RF wakeup sensor a sensor node no longer requires duty cycling. Instead, it can maintain a sleep state until its RF wakeup sensor detects a communication signal. According to our analysis, the response time of the RF wakeup sensor is much shorter than the minimum transmission time of a typical communication module. Therefore, we apply duty cycling to the RF wakeup sensor to further reduce the energy consumption without performance degradation. We evaluate the circuital characteristics of our RF wakeup sensor design by using Advanced Design System 2009 simulator. The results show that RF wakeup sensor allows a sensor node to completely turn off their communication module by performing the around-the-clock carrier sensing while it consumes only 0.07% energy of an idle communication module.

• International journal of advanced smart convergence
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• 제7권4호
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• pp.19-26
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• 2018

One of the distinct features of Wireless Sensor Networks (WSNs) is duty cycling mechanism, which is used to conserve energy and extend the network lifetime. Large duty cycle interval introduces lower energy consumption, meanwhile longer end-to-end (E2E) delay. In this paper, we introduce an energy consumption minimization problem for duty-cycled WSNs. We have applied Q-learning algorithm to obtain the maximum duty cycle interval which supports various delay requirements and given Delay Success ratio (DSR) i.e. the required probability of packets arriving at the sink before given delay bound. Our approach only requires sink to compute Q-leaning which makes it practical to implement. Nodes in the different group have the different duty cycle interval in our proposed method and nodes don't need to know the information of the neighboring node. Performance metrics show that our proposed scheme outperforms existing algorithms in terms of energy efficiency while assuring the required delay bound and DSR.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제22권4호
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• pp.670-675
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• 2018

센서네트워크의 전력문제를 해결할 수 있는 에너지 수집형 무선 센서네트워크 (EH-WSN)에 대한 관심이 증가하고 있다. EH-WSN에서는 에너지 수집과 소비의 균형을 맞추기 위한 on-off 듀티싸이클링에 관한 연구가 많이 진행되고 있다. 그러나 환경감시를 위한 EH-WSN에서 센싱된 데이터의 긴급성과 에너지 수집율은 네트워크의 성능을 결정하는 중요한 요소가 된다. 따라서 단순히 전력의 균형 상태를 유지하는 것 이외에 센싱된 데이터의 중요도 및 에너지 수집율에 따라 듀티싸이클 주기를 조절할 필요성이 대두된다. 본 논문에서는 환경감시를 위한 EH-WSN에서 기존의 전력만을 고려한 on-off 듀티싸이클링의 문제점을 분석하고, 센싱값의 변화율 및 크기값에 의한 센싱 데이터의 우선순위 및 에너지 수집율 등을 고려하여 적응적으로 on-off 주기를 결정하는 듀티싸이클 스케줄링 기법을 제안한다. 시뮬레이션을 통해 제안된 듀티싸이클 스케줄링의 성능을 분석하였다.

• International Journal of Internet, Broadcasting and Communication
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• 제15권1호
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• pp.1-7
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• 2023

TCP is considered a major candidate transport protocol even for constrained IoT networks due to its ability to integrate into the existing network infrastructures. Since TCP implementations such as uIP TCP often allow only a single TCP segment per connection to be unacknowledged at any given time due to resource constraints, the congestion control relies only on RTO management. In our previous work, to address the problem that uIP TCP performs poorly particularly when a radio duty cycling mechanism is enabled and the hidden terminal problem is severe, we proposed a RTO scheme for uIP TCP and validated the performance through Cooja simulation. In this study, we investigate the effect of other factors that were not considered in our previous work. More specifically, the effect of traffic intensity, the degree of the hidden terminal problem, and RDC is investigated by varying the offered load and the transmission range, and the RDC channel check rate. Simulation results imply that we need to further investigate how to improve TCP performance when the radio duty cycling mechanism is used.