• Journal of information and communication convergence engineering
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• 제9권3호
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• pp.341-346
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• 2011

Wireless sensor networks (WSNs) are formed by a great quantity of sensor nodes, which are consisted of battery-powered and some tiny devices. In WSN, both efficient energy management and Quality of Service (QoS) are important issues for some applications. Real-time services are usually employed to satisfy QoS requirements in critical environment. This paper proposes a real-time MAC (Medium Access Control) protocol with extended backoff scheme for wireless sensor networks. The basic idea of the proposed protocol employs (m,k)-firm constraint scheduling which is to adjust the contention window (CW) around the optimal value for decreasing the dynamic failure and reducing collisions DBP (Distant Based Priority). In the proposed protocol, the scheduling algorithm dynamically assigns uniform transmitting opportunities to each node. Numerical results reveal the effect of the proposed backoff mechanism.

• 한국통신학회논문지
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• 제32권7B호
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• pp.411-421
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• 2007

무선 센서 네트워크에서 가장 큰 문제 중의 한 가지는 네트워크를 구성함에 있어 에너지 소모를 최소화하는데 있다. 센서 네트워크에서 에너지를 효율적으로 사용하기 위해서 주로 다음과 같은 두 종류의 방식을 사용한다. 한 가지는 동적 전력 관리를 사용하는 것이며, 다른 한 가지는 에너지 효율적인 프로토콜을 사용하는 것이다. 전자의 경우 전원 관리자는 해당하는 이벤트들에 대해서 CPU와 해당 I/O들의 적절한 전원 상태를 관리할 책임이 있다. 하지만, 주어진 프로토콜의 내부 동작에 대해서는 관여하지 못한다. 그것은 충돌 등으로 인한 통신 상태에서의 지연에 의한 불필요한 에너지를 낭비할 가능성이 크다. 반면에 에너지 효율적인 프로토콜들은 단지 무선 모뎀의 전원 상태만을 고려한다. 본 논문에서 우리는 통신 이벤트 기반의 전력 관리를 통한 무선 센서 노드들의 불필요한 전력 소비를 충분히 줄일 수 있는 에너지 효율적인 전력 관리 방안을 제안하고, 시뮬레이션을 통해 제안하는 전력 관리 방식이 상당한 에너지를 절약 할 수 있음을 보인다.

• 한국정보과학회:학술대회논문집
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• 한국정보과학회 2007년도 가을 학술발표논문집 Vol.34 No.2 (D)
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• pp.520-524
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• 2007

제한된 전지를 사용하는 노드들로 이루어진 이동 애드혹 네트워크 환경에서 멀티 홉 간의 에너지 효율적인 경로 설정은 매우 중요한 이슈이다. 이러한 문제를 해결하기 위해서 본 논문에서는 이동 애드혹 네트워크 환경에서 자주 사용되는 라우팅 프로토콜 중 하나인 AODV(Ad-hoc On-demand Distance Vector) 라우팅 프로토콜을 기반으로, 네트워크 계층과 MAC계층의 자원을 크로스 레이어 기법을 활용하여 에너지 효율적인 크로스 레이어 라우팅 프로토콜을 제안한다. 네트워크 계층에서의 이웃노드에 관한 상태 정보를 크로스 레이어 기법을 활용하여 MAC 계층의 back-off time을 적절히 조절함으로써 프레임의 충돌을 줄이고, 패킷의 경로를 설정하는데 있어서 신뢰성과 효율성을 부여하기 위한 방법으로 MAC계층의 자원을 활용하여 얻은 Collision-Level을 사용한다. 또한 Collision Level은 패킷 경로 선택에 사용되는 지연시간을 적응성 있게 줄이는 자원으로 사용된다.

• 한국통신학회논문지
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• 제36권10B호
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• pp.1200-1209
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• 2011

본 논문에서는 수중환경에서의 거리에 따른 전파 손실 특성을 이용한 직교 주파수 분할 다중 접속 방식(Orthogonal Frequency Division Multiple Access, OFDMA) 기반의 새로운 에너지 효율적인 매체 접속 제어(Medium Access Control, MAC) 프로토콜을 제안한다. 제안하는 방식은 센서 노드들을 싱크 노드를 중심으로 싱크 노드와의 거리에 따라 그룹을 나눈 후, 그룹에 서로 다른 주파수 대역을 각각 할당하여 사용하도록 한다. 이러한 방식으로 네트워크 전체의 전송 전력 소모를 줄이고 각 센서 노드에게 최소 허용 신호 대 잡음비 (Accepted Minimum SNR, AMS)를 보장한다. 추가적으로 싱크 노드는 동적 인 부채널 할당 (dynamic sub-channel allocation)으로 데이터 전송률을 향상한다. 모의실험을 통해 제안하는 매체 접속 제어 프로토콜의 수중 센서 네트워크에서의 성능을 확인할 수 있었다.

• 한국정보과학회논문지:정보통신
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• 제34권6호
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• pp.435-445
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• 2007

Snoop 프로토콜은 유 무선 혼합망에서 무선 링크에서 발생하는 TCP 패킷 손실을 효과적으로 보상하여 TCP 전송률을 향상시킬 수 있는 효율적인 프로토콜이다. 하지만, 무선 링크에서 연집한 패킷 손실이 발생하는 경우에는 지역 재전송을 효과적으로 수행하지 못하여 전송 효율이 떨어진다는 문제점이 있다. 이러한 Snoop 프로토콜의 문제점을 개선하기위해 무선 구간에서 TCP-SACK의 장점을 활용한 SACK-Aware-Snoop, SNACK 메커니즘 등이 제안되었다. SACK-Aware-Snoop, SNACK 메커니즘은 연집한 패킷손실 환경에서도 Snoop 프로토콜보다 높은 전송률을 보장하지만 전송 계층의 ACK 패킷을 기반으로 재전송을 수행한다는 점은 ACK 패킷의 손실에 심각한 전송 성능 저하를 가져오며, 무선 구간에서 SACK 옵션의 사용은 무선망의 대역폭과 이동 단말의 한정된 에너지 자원을 불필요하게 낭비하는 문제를 초래하게 된다. 본 논문에서는 이러한 문제점을 개선하기 위해 Cross-layer 기법을 적용한 지역 재전송 기법인 C-Snoop(Cross-layer Snoop) 프로토콜을 제안한다. C-Snoop 프로토콜은 현재 유 무선 혼합망에서 가장 널리 사용되는 IEEE 802.11 MAC 프로토콜 기반의 지역 재전송 메커니즘으로서, MAC 계층의 ACK 패킷과 새로이 제안된 지역 재전송 타이머에 의해 효율적인 지역 재전송을 수행한다. ns-2 시뮬레이터를 이용한 실험을 통해 C-Snoop의 지역 재전송 기법은 무선 구간의 연집적인 패킷 손실에 대해 효율적인 보상을 수행하며, 이동 단말의 에너지 효율성을 향상시키는 것을 확인할 수 있었다.

• KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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• 제12권4호
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• pp.1436-1457
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• 2018

Secure routing services in Wireless Sensor Networks (WSNs) are essential, especially in mission critical fields such as the military and in medical applications. Additionally, they play a vital role in the current and future Internet of Things (IoT) services. Lightness and efficiency of a routing protocol are not the only requirements that guarantee success; security assurance also needs to be enforced. This paper proposes a Secure-Fuzzy Energy Aware Routing Protocol (S-FEAR) for WSNs. S-FEAR applies a security model to an existing energy efficient FEAR protocol. As part of this research, the S-FEAR protocol has been analyzed in terms of the communication and processing costs associated with building and applying this model, regardless of the security techniques used. Moreover, the Qualnet network simulator was used to implement both FEAR and S-FEAR after carefully selecting the following security techniques to achieve both authentication and data integrity: the Cipher Block Chaining-Message Authentication Code (CBC-MAC) and the Elliptic Curve Digital Signature Algorithm (ECDSA). The performance of both protocols was assessed in terms of complexity and energy consumption. The results reveal that achieving authentication and data integrity successfully excluded all attackers from the network topology regardless of the percentage of attackers. Consequently, the constructed topology is secure and thus, safe data transmission over the network is ensured. Simulation results show that using CBC-MAC for example, costs 0.00064% of network energy while ECDSA costs about 0.0091%. On the other hand, attacks cost the network about 4.7 times the cost of applying these techniques.

• 한국통신학회논문지
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• 제40권11호
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• pp.2178-2187
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• 2015

무선 개인화 네트워크 환경에서는 통신 장치의 경량화 정책으로 인하여 에너지 효율이 크게 요구되며, 이러한 시장 요구를 만족시키기 위하여 수많은 통신 프로토콜들이 연구되어 왔다. 특히 Bluetooth Low Energy 기술은 Duty Cycle 방식과 주파수 호핑 방식을 모두 채택하여 저전력 통신 기술의 대표 기술로 시장 선점을 주도하고 있다. 하지만 대부분의 저전력 통신 기술들은 Duty Cycle 채택 등의 이유로 Broadcast 통신 방식에서의 신뢰성 문제를 해결하기 힘들다. 본 논문에서는 IoT 환경에서 발생될 수 있는 Broadcast 통신 요구를 Bluetooth Low Energy 환경에서 해결하기 위한 에너지 고효율의 MAC 프로토콜을 제안하고, Master 장치와 Slave 장치의 Broadcast 전송 효율에 대한 분석을 통하여 제안 방식의 객관적 성능을 검증한다.

• 전기전자학회논문지
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• 제11권4호
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• pp.165-170
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• 2007

무선 센서 네트워크에서 클러스터링 프로토콜의 목적은 각 센서 노드의 에너지 소모를 최소화하여 네트워크의 생존 시간을 최대화 하는 것이다. 그러나 기존의 클러스터링 프로토콜은 센서 노드, 클러스터 헤드와 싱크 노드 사이의 통신방법을 제외하고 주로 클러스터를 구성하는 것에만 초점을 맞추고 있다. 본 논문에서는 기존의 클러스터링 프로토콜에 다중경로 라우팅 알고리즘을 적용하고, MAC 계층과 네트워크 계층 간의 cross-layer 설계를 이용하여 에너지 효율적인 클러스터링 프로토콜을 제안한다. 여기에서 다중경로 정보는 싱크로부터의 경로 요구 패킷을 네트워크에 전파시킴으로서 설정되며 또한 다중경로에 대한 정보는 무선채널의 브로드캐스팅 특징과 결합하여 데이터의 전송 확률을 증가시킨다. 실험 결과에 의하면 제안한 프로토콜이 클러스터 헤드의 부하를 낮춤으로써 무선 센서 네트워크의 생존 시간을 늘려주고, 네트워크 크기의 증가에 따라 에너지 소비의 증가율이 다소 낮아지는 것을 확인할 수 있었다.

• Journal of Information Technology Applications and Management
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• 제12권4호
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• pp.13-24
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• 2005

The sensor network is a key component of the ubiquitous computing system which is expected to be widely utilized in logistics control, environment/disaster control, medical/health-care services, digital home and other applications. Nodes in the sensor network are small-sized and exposed to adverse environments. They are demanded to perform their missions with very limited power supply only. Also the sensor network is composed of much more nodes than the wireless ad hoc networks are. In case that some nodes consume up their power capacity, the network topology should change, and rerouting/retransmission is necessitated. Communication protocols studied for conventional wireless networks or ad hoc networks are not suited for the sensor network resultantly. Schemes should be devised to control the efficient usage of node power in the sensor network. This paper proposes a medium access protocol to enhance the efficiency of energy consumption in the sensor network node. Its performance is analyzed by simulation.

• KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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• 제6권10호
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• pp.2509-2528
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• 2012

Time division multiple access (TDMA) is a widely used media access control (MAC) technique that can provide collision-free and reliable communications, save energy and bound the delay of packets. In TDMA, energy saving is usually achieved by switching the nodes' radio off when such nodes are not engaged. However, the frequent switching of the radio's state not only wastes energy, but also increases end-to-end delay. To achieve high energy efficiency and low delay, as well as to further minimize the number of time slots, a multi-objective TDMA scheduling problem for industrial wireless mesh networks is presented. A hybrid algorithm that combines genetic algorithm (GA) and simulated annealing (SA) algorithm is then proposed to solve the TDMA scheduling problem effectively. A number of critical techniques are also adopted to reduce energy consumption and to shorten end-to-end delay further. Simulation results with different kinds of networks demonstrate that the proposed algorithm outperforms traditional scheduling algorithms in terms of addressing the problems of energy consumption and end-to-end delay, thus satisfying the demands of industrial wireless mesh networks.