• 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.

• 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.

• 한국정보과학회:학술대회논문집
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• 한국정보과학회 2012년도 한국컴퓨터종합학술대회논문집 Vol.39 No.1(D)
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• pp.208-210
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• 2012

일반적으로 비동기식 센서 네트워크 MAC 프로토콜들은 별도의 충돌회피 알고리즘을 사용하지 않기 때문에 동기식 MAC 프로토콜에 비해 충돌에 의한 성능 저하가 크게 나타난다. 본 논문에서는 충돌에 따른 비동기식 MAC 프로토콜의 성능 저하 문제를 최소화하기 위해 수신 노드가 충돌을 야기한 송신 노드들의 전송 순서를 제어하여 추가적인 충돌을 제거할 수 있는 비동기식 MAC 프로토콜용 충돌해결 알고리즘을 소개한다. 충돌을 감지한 수신 노드는 충돌을 일으킨 송신 노드들에 대한 정보를 수집하고 이를 이용하여 충돌이 발생하지 않는 전송 순서를 각 송신 노드에게 지정한다. 송신 노드들은 지정된 순서에 따라 독점적인 채널 사용 권한을 얻으며 이를 통해 송신 노드간의 충돌을 회피할 수 있다. 실험에 대한 분석에 따르면 본 논문에서 제안하는 충돌해결 알고리즘은 반복적인 충돌을 방지하여 그로 인해 낭비되는 시간과 대역폭을 줄이고 이를 통해 각 노드당 평균 데이터 처리량을 약 18.6% 증가시킬 수 있다.

• 한국통신학회논문지
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• 제36권5A호
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• pp.502-510
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• 2011

본 논문에서는 트리 기반의 센서네트워크에서 전력소모의 균형을 이루기 위한 시간 슬랏을 할당하는 알고리즘을 제안한다. 트리 토폴로지를 갖는 센서네트워크에서는 낮은 트리 깊이를 갖는 노드들이 더 많은 패킷을 처리하기 때문에 더 많은 전력을 소모한다. 따라서, 네트워크 생명이 단축되는 문제가 있다. 본 논문에서 제안하는 슬랏 스케줄링 알고리즘은 각 노드에게 수신 슬랏들을 먼저 할당하고 송신 슬랏들을 할당한다. 이러한 할당 방식은 패킷 결합과 필터링을 용이하게 하기 때문에 낮은 트리 깊이에 위치한 노드들의 부하를 감소시키는 효과가 있다. 시뮬레이션을 사용하여 제안한 알고리즘을 TreeMAC 에서 제안한 프레임-슬랏 할당 알고리즘과 비교함으로써 전력소모의 균형을 이룬다는 것을 확인하였다.

• 한국소음진동공학회논문집
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• 제25권10호
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• pp.677-684
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• 2015

It is often necessary to predict the vibration patterns of the structures from the signals of finite number of vibration sensors. This study presents the optimal placement of vibration sensors by applying the genetic algorithm and the modal expansion method. The modal expansion method is used to estimate the vibration response of the whole structure. The genetic algorithm is used to estimate the optimal placement of vibration sensors. Optimal sensor placement can be obtained so that the fitness function is minimized in the genetic algorithm. This paper discusses the comparison of the performances of two types of fitness functions, modal assurance criteria(MAC) and condition number( CN). As a result, the estimation using MAC shows better performance than using CN.

• KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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• 제6권9호
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• pp.2302-2322
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• 2012

Wireless Body Area Networks (WBANs) are introduced as an enabling technology in tele-health for patient monitoring. Designing an efficient Medium Access Control (MAC) protocol is the main challenge in WBANs because of their various applications and strict requirements such as low level of energy consumption, low transmission delay, the wide range of data rates and prioritizing emergency data. In this paper, we propose a new MAC protocol to provide different requirements of WBANs targeted for medical applications. The proposed MAC provides an efficient emergency response mechanism by considering the correlation between medical signals. It also reduces the power consumption of nodes by minimizing contention access, reducing the probability of the collision and using an efficient synchronization algorithm. In addition, the proposed MAC protocol increases the data rate of the nodes by allocating the resources according to the condition of the network. Analytical and simulation results show that the proposed MAC protocol outperforms IEEE 802.15.4 MAC protocol in terms of power consumption level as well as the average response delay. Also, the comparison results of the proposed MAC with IEEE 802.15.6 MAC protocol show a tradeoff between average response delay and medical data rate.

• Smart Structures and Systems
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• 제13권3호
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• pp.389-406
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• 2014

Optimal sensor placement techniques play a significant role in enhancing the quality of modal data during the vibration based health monitoring of civil structures, where many degrees of freedom are available despite a limited number of sensors. The literature has shown a shift in the trends for solving such problems, from expansion or elimination approach to the employment of heuristic algorithms. Although these heuristic algorithms are capable of providing a global optimal solution, their greatest drawback is the requirement of high computational effort. Because a highly efficient optimisation method is crucial for better accuracy and wider use, this paper presents an improved simulated annealing (SA) algorithm to solve the sensor placement problem. The algorithm is developed based on the sensor locations' coordinate system to allow for the searching in additional dimensions and to increase SA's random search performance while minimising the computation efforts. The proposed method is tested on a numerical slab model that consists of two hundred sensor location candidates using three types of objective functions; the determinant of the Fisher information matrix (FIM), modal assurance criterion (MAC), and mean square error (MSE) of mode shapes. Detailed study on the effects of the sensor numbers and cooling factors on the performance of the algorithm are also investigated. The results indicate that the proposed method outperforms conventional SA and Genetic Algorithm (GA) in the search for optimal sensor placement.

• 한국통신학회논문지
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• 제39C권4호
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• pp.351-361
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• 2014

무선 센서네트워크의 데이터 전송을 위해서 각 노드는 백오프(Back-off)기법을 이용하여 이웃노드와 채널을 경쟁한다. 수중음향 센서네트워크에서도 일반적으로 백오프를 이용하여 노드 간 채널을 경쟁한다. 그러나 수중음향 센서네트워크의 백오프에 이용되는 슬롯타임(Slot-time)은 무선 센서네트워크와는 달리 매우 긴 지연시간을 갖는다. 따라서, 수중음향 센서네트워크에서는 긴 슬롯타임에 의해 각 노드간의 통신성능 저하 문제가 발생한다. 본 논문에서 제안하는 기법은 실제 노드가 배치된 상태를 이웃 노드와의 전파지연 시간을 이용하여 계산하고, 슬롯타임을 노드 스스로 최적화한다. 이러한 방법을 통해 각 노드들 간의 통신에 낭비되는 시간을 줄이고 네트워크 성능을 향상 시킨다. 본 논문에서는 제안하는 기법을 구체적으로 기술하고 제안하는 기법과 기존의 연구와의 성능차를 확인한다. 성능 비교결과 제안하는 기법이 기존의 기법에 비하여 우수한 성능을 갖는 것을 확인 하였다.

• 한국통신학회논문지
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• 제34권12B호
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• pp.1426-1434
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• 2009

RFID/USN 융합 기술은 향후 유비쿼터스 네트워크 구축의 핵심 기술로 인식되고 있다. 특히 RFID/USN 융합기술을 지원하기 위한 무선 센서 네트워크에서는 네트워크 수명 증대를 위해 전력 절감 기술에 대한 중요성이 부각되고 있다. 이에 본 논문에서는 불필요한 활성 구간의 발생으로 인해 전력을 낭비하는 기존 무선 센서 네트워크의 구조의 문제점을 분석하고, 이를 해결하기 위한 새로운 전력 절감 알고리즘을 제안한다. 본 논문에서 제안하는 전력 절감 알고리즘은 장기간 수면의 개념을 도입하여, 불필요한 활성 구간의 반복을 차단하고 긴 시간 수면구간을 적용할 노드를 노드 간 연결성과 잔여 전력량을 통해 선정하는 것을 특징으로 한다. 이를 위해 수학적 분석을 통한 전력 절감 이득과 모의실험을 통한 성능 분석을 수행하였고, 그 결과 센서 노드의 전력 소모를 획기적으로 줄일 수 있음을 입증하였다.

• 한국멀티미디어학회논문지
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• 제14권12호
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• pp.1572-1582
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• 2011

The rapid growth of UnderWater Acoustic Sensor Networks (UW-ASNs) has led researchers to enhance underwater MAC protocols against limitations existing in underwater environment. We propose the customized robust real-time packet inspection mechanism with addressing the problem of the search for the data packet loss and network performance quality analysis in UW-ASNs, and describe our experiences using this approach. The goal of this work is to provide a framework to assess the network real-time performance quality. We propose a customized and adaptive mechanism to detect, monitor and analyze the data packets according to the MAC protocol standards in UW-ASNs. The packet analyzing method and software we propose is easy to implement, maintain, update and enhance. We take input stream as real data packets from sniffer node in capture mode and perform fully analysis. We were interested in developing software and hardware designed tool with the same capabilities which almost all terrestrial network packet sniffers have. Experimental results confirm that the best way to achieve maximum performance requires the most adaptive algorithm. In this paper, we present and offer the proposed packet analyzer, which can be effectively used for implementing underwater MAC protocols.