Recently, wireless sensor networks are deployed in various applications range from simple environment monitoring systems to complex systems, which generate large amount of information, like motion monitoring, military, and telematics systems. Although wireless sensor network nodes are operated with low-power 8bit processor to execute simple tasks like environment monitoring, the nodes in these complex systems have to execute more difficult tasks. Generally, MAC protocols for wireless sensor networks attempt to reduce the energy consumption using duty cycling mechanism which means the nodes periodically sleep and wake. However, in the duty cycling mechanism. a node should wait until the target node wakes and the sleep latency increases as the number of hops increases. This sleep latency can be serious problem in complex and sensitive systems which require high speed data transfer like military, wing of airplane, and telematics. In this paper, we propose a solution for reducing transmission latency through distributed duty cycling (DDC) in wireless sensor networks. The proposed algorithm is evaluated with real-deployment experiments using CC2420DBK and the experiment results show that the DDC algorithm reduces the transmission latency significantly and reduces also the energy consumption.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.11
no.8
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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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v.5
no.1
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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.
The Journal of the Institute of Internet, Broadcasting and Communication
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v.16
no.6
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pp.141-146
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2016
Geotechnial engineering projects that requires excavation activity can cause massive ground deformation and this can damage adjacent structures. Depending on the engineering characteristics of ground material and the excavation depth, the ground movement is various. To overcome this issue, the ground deformation is monitored by multiple sensors. Typically, an inclinometer is installed behind the support wall. In this paper, we present an adaptive duty-cycling control mechanism using wireless sensors for monitoring ground deformation in excavations. The proposed mechanism dynamically adjusts the sleep time based on the urgency degree of sensed data from inclinometer. Through analytical evaluation of expected latency time, we confirm our adaptive duty-cycling mechanism has lower latency compared with periodic duty-cycling mechanism under variable conditions.
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.
In order to show the gap between theory and practice, this paper first gives some experimental results for theoretical and real neighbor sets on a test-bed sensor network. The results prove that existing management protocols (e.g., duty-cycling, routing or aggregation) based on the theoretical communication radius cannot achieve their original goal, efficiency. In this paper, we present a practical duty-cycling mechanism based on the real neighbor set, allowing for energy-efficiency. It also guarantees to suppress duplicated transmissions of sensing values with similarity within a specific threshold in each zone (i.e., a portion of intended divided network). Simulation results performed with a set of real sensor data show that our mechanism increases the network life time while guaranteeing the transmission of necessary sensing values.
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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v.7
no.4
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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.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.22
no.4
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pp.670-675
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2018
There is a growing interest in EH-WSN (energy-harvesting wireless sensor networks) that can solve power problems in wireless sensor networks. In EH-WSN, on-off duty cycling is being studied in order to balance energy harvesting and consumption. However, the urgency of the sensed data and the energy harvesting rate in the environmental monitoring EH-WSN are important factors to determine the network performance. Therefore, it is necessary to control the duty-cycle period according to the importance of the sensed data and the energy harvesting rate in addition to simply maintaining the balance of the power. In this paper, we analyze the problem of on-off duty cycling in EH-WSN for environmental monitoring and propose an adaptive duty-cycle scheduling scheme considering the priority of sensed data and energy harvesting rate, where the priority of sensed data determined by sensed value and changing rate. The performance of scheduling scheme was analyzed by computer simulations.
International Journal of Internet, Broadcasting and Communication
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v.15
no.1
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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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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