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.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.7
no.12
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pp.3071-3095
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2013
Configuring optimization of wireless sensor networks, which can improve the network performance such as utilization efficiency and network lifetime with minimal energy, has received considerable attention in recent years. In this paper, a cross layer optimal approach is proposed for multi-source linear network and grid network under Rayleigh block-fading channels, which not only achieves an optimal utility but also guarantees the end-to-end reliability. Specifically, in this paper, we first strictly present the optimization method for optimal nodal number $N^*$, nodal placement $d^*$ and nodal transmission structure $p^*$ under constraints of minimum total energy consumption and minimum unit data transmitting energy consumption. Then, based on the facts that nodal energy consumption is higher for those nodes near the sink and those nodes far from the sink may have remaining energy, a cross layer optimal design is proposed to achieve balanced network energy consumption. The design adopts lower reliability requirement and shorter transmission distance for nodes near the sink, and adopts higher reliability requirement and farther transmission distance for nodes far from the sink, the solvability conditions is given as well. In the end, both the theoretical analysis and experimental results for performance evaluation show that the optimal design indeed can improve the network lifetime by 20-50%, network utility by 20% and guarantee desire level of reliability.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.7
no.8
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pp.1805-1824
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2013
Recently, the use of wireless body area networks (WBAN) has been increasing rapidly in medical healthcare applications. WBANs consist of smart nodes that can be used to sense and transmit vital data such as heart rate, temperature and ECG from a human body to a medical centre. WBANs depend on limited resources such as energy and bandwidth. In order to utilise these resources efficiently, a very well organized medium access control (MAC) protocol must be considered. In this paper, a new, adaptive and energy-efficient MAC protocol, entitled isMAC, is proposed for WBANs. The proposed MAC is based on multi-channel communication and aims to prolong the network lifetime by effectively employing (i) a collision prevention mechanism, (ii) a coordinator node (WCN) selection algorithm and (iii) a transmission power adjustment approach. The isMAC protocol has been developed and modelled, by using OPNET Modeler simulation software. It is based on a networking scenario that requires especially high data rates such as ECG, for performance evaluation purposes. Packet delay, network throughput and energy consumption have been chosen as performance metrics. The comparison between the simulation results of isMAC and classical IEEE 802.15.4 (ZigBee) protocol shows that isMAC significantly outperforms IEEE 802.15.4 in terms of packet delay, throughput and energy consumption.
Providing the sufficient energy to the mobile device is essential to process the job in distributed wireless network. To solve the restrained conditions of energy problems of mobile devices, this paper suggests the efficient method of processing the distributed job using mobility management in wireless network. Energy consumption can be analyzed using the statistical model and required energy of processing the distributed job in mobile device can be predicted using the mobility management. Therefore, this paper suggests the reliable algorithm to process distributed job through the mobile devices with regular mobility and shows the efficiency of the suggested algorithm.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.4
no.4
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pp.529-546
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2010
Greedy forwarding is the key mechanism of geographic routing and is one of the protocols used most commonly in wireless sensor networks. Greedy forwarding uses 1-hop local information to forward packets to the destination and does not have to maintain the routing table, and thus it takes small overhead and has excellent scalability. However, the signal intensity reduces exponentially with the distance in realistic wireless sensor network, and greedy forwarding consumes a lot of energy, since it forwards the packets to the neighbor node closest to the destination. Previous proposed greedy forwarding protocols are the sender-based greedy forwarding that a sender selects a neighbor node to forward packets as the forwarding node and hence they cannot guarantee energy efficient forwarding in unpredictable wireless environment. In this paper, we propose the receiver-based greedy forwarding called RGF where one of the neighbor nodes that received the packet forwards it by itself. In RGF, sender selects several energy efficient nodes as candidate forwarding nodes and decides forwarding priority of them in order to prevent unnecessary transmissions. The simulation results show that RGF improves delivery rate up to maximum 66.8% and energy efficiency, 60.9% compared with existing sender-based greedy forwarding.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.13
no.12
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pp.5928-5947
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2019
Multicast Mesh based Mobile Ad-hoc NETworks (MANETs) provide efficient data transmission in energy restraint areas without a fixed infrastructure. In this paper, the authors present an improved version of protocol SLIMMER developed by them earlier, and name it SLIMMER-SN. Most mesh-based protocols suffer from redundancy; however, the proposed protocol controls redundancy through the concept of forwarding nodes. The proposed protocol uses remaining energy of a node to decide its energy efficiency. For measuring stability, a new metric called Stability of Node (SN) has been introduced which depends on transmission range, node density and node velocity. For data transfer, a weighted cost function selects the most energy efficient nodes / most stable nodes or a weighted combination of both. This makes the node selection criteria more dynamic. The protocol works in two steps: (1) calculating SN and (2) using SN value in the weighted cost function for selection of nodes. The study compared the proposed protocol, with other mesh-based protocols PUMA and SLIMMER, based on packet delivery ratio (PDR), throughput, end-to-end delay and average energy consumption under different simulation conditions. Results clearly demonstrate that SLIMMER-SN outperformed both PUMA and SLIMMER.
Ji, Hyunho;Kim, Taehyoung;Lim, Jeongtaek;Ham, Kyung Sun
Journal of Internet Computing and Services
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v.22
no.6
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pp.17-24
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2021
The use of renewable energy sources for power generation has been steadily increasing. Power generation using renewable energy has the advantage of not generating carbon but has the disadvantage of high volatility depending on the weather. This volatility makes stable power supply difficult. Curtailment is occurring to address volatility. Various facilities are operated together to solve the loss caused by the curtailment. The existing SCADA must be modified for turbine control reflecting the conditions of various facilities. However, since it is difficult to modify SCADA, a modular control system is required. In this study, we propose Modular Control System Based on Closed-Loop Control for Wind Farms. Since the control logic can be changed without modifying SCADA, it is easy to respond to changes. The developed modular control system was evaluated as a lab test and confirmed to operate smoothly. Through future research, the experiment will be conducted by applying a modular control system to the actual wind farm.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.17
no.3
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pp.980-998
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2023
In Low Earth Orbit (LEO) satellite networks, satellites operate fast and the inter-satellite link change period is short. In order to sense the spectrum state in LEO satellite networks in real-time, a space-based satellite network intelligent spectrum sensing algorithm based on artificial neural network (ANN) is proposed, while Geosynchronous Earth Orbit (GEO) satellites are introduced to make fast and effective judgments on the spectrum state of LEO satellites by using their stronger arithmetic power. Firstly, the visibility constraints between LEO satellites and GEO satellites are analyzed to derive the inter-satellite link building matrix and complete the inter-satellite link situational awareness. Secondly, an ANN-based energy detection (ANN-ED) algorithm is proposed based on the traditional energy detection algorithm and artificial neural network. The ANN module is used to determine the spectrum state and optimize the traditional energy detection algorithm. GEO satellites are used to fuse the information sensed by LEO satellites and then give the spectrum decision, thereby realizing the inter-satellite spectrum state sensing. Finally, the sensing quality is evaluated by the analysis of sensing delay and sensing energy consumption. The simulation results show that our proposed algorithm has lower complexity, the sensing delay and sensing energy consumption compared with the traditional energy detection method.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.12
no.6
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pp.2697-2710
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2018
Owing to the development of Internet of Things (IoT), the fifth-generation (5G) wireless communication is going to foresee a substantial increase of mobile traffic demand. Energy efficiency and spectral efficiency are the challenges in a 5G network. Non-orthogonal multiple access (NOMA) is a promising technique to increase the system efficiency by adaptive power control (PC) in a 5G network. This paper proposes an efficient PC scheme based on evolutionary game theory (EGT) model for uplink power-domain NOMA system. The proposed PC scheme allows users to adaptively adjusts their transmit power level in order to improve their payoffs or throughput which results in an increase of the system efficiency. In order to separate the user signals, a successive interference cancellation (SIC) receiver installed at the base station (BS) site. The simulation results demonstrate that the proposed EGT-based PC scheme outperforms the traditional game theory-based PC schemes and orthogonal multiple access (OMA) in terms of energy efficiency and spectral efficiency.
The Journal of the Institute of Internet, Broadcasting and Communication
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v.20
no.2
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pp.283-287
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2020
In this paper, we implemented a control for ventilation system based on IoT. It can on/off of system and monitoring current status through the smartphone app. We applied linear regression, one of machine learning algorithm. It autonomously collects data about temperature, humidity in home and works diagnosing system status. Using this proposed control method, the energy efficiency can be improved. It is expected to be used in energy efficiency and convenience.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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