The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.32
no.6B
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pp.316-324
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2007
In this paper we proposed an energy consumption model for IR-UWB wireless sensor networks. The model takes the advantages of PHY-MAC cross layer design, and we used slotted and un-slotted sleeping protocols to compare the energy consumption. We addressed different system design issues that are responsible to energy consumption and proposed an optimum model for the system design. We expect the slotted sleeping will consume less energy for bursty load than that of the un-slotted one. But if we consider latency, the un-slotted sleeping model performs better than the slotted sleeping case.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.14
no.3
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pp.943-961
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2020
With the advent of IoT technology and Big Data computing, the importance of WSNs (Wireless Sensor Networks) has been on the rise. For energy-efficient and collection-efficient delivery of any sensed data, lots of novel wireless medium access control (MAC) protocols have been proposed and these MAC schemes are the basis of many IoT systems that leads the upcoming fourth industrial revolution. WSNs play a very important role in collecting Big Data from various IoT sensors. Also, due to the limited amount of battery driving the sensors, energy-saving MAC technologies have been recently studied. In addition, as new IoT technologies for Big Data computing emerge to meet different needs, both sensors and sinks need to be mobile. To guarantee stability of WSNs with dynamic topologies as well as frequent physical changes, the existing MAC schemes must be tuned for better adapting to the new WSN environment which includes energy-efficiency and collection-efficiency of sensors, coverage of WSNs and data collecting methods of sinks. To address these issues, in this paper, a self-organization scheme for mobile sensor networks with mobile multiple sinks has been proposed and verified to adapt both mobile sensors and multiple sinks to 3-dimensional group management MAC protocol. Performance evaluations show that the proposed scheme outperforms the previous schemes in terms of the various usage cases. Therefore, the proposed self-organization scheme might be adaptable for various computing and networking environments with big data.
Journal of the Korea Society of Computer and Information
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v.17
no.2
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pp.119-126
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2012
Local monitoring is an effective technique in securing data of wireless sensor networks. Existing solutions require high communication cost for detecting false data and this results in a network lifetime being shortened. This paper proposes novel techniques of monitoring based secure data aggregation and filtering false data in wireless sensor networks. The aim is to reduce energy consumption in securing data aggregation. An aggregator and its monitoring node perform data aggregation in a 60o sextant cluster. By checking Message Authentication Codes (MAC), aggregation data will be dropped by a forward aggregator if data aggregated by the aggregator and data monitored by the monitoring node are inconsistent. The simulation shows that the proposed protocol can reduce the amount of average energy consumption about 64% when comparing with the Data Aggregation and Authentication protocol (DAA)[1]. Additionally, the network lifetime of the proposed protocol is 283% longer than that of DAA without any decline in data integrity.
Cai, Xuelian;Yuan, Jingjing;Yuan, Xiaoming;Zhu, Wu;Li, Jiandong;Li, Changle;Ullah, Sana
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.7
no.7
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pp.1547-1568
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2013
Wireless body area network (WBAN) is an emerging short-range wireless communication network with sensor nodes located on, in or around the human body for healthcare, entertainment and ubiquitous computing. In WBANs, energy is severely constrained which is the prime consideration in the medium access control (MAC) protocol design. In this paper, we propose a novel MAC protocol named Energy-efficient Relay MAC with dynamic Power Control (ERPC-MAC) to save energy consumption. Without relying on the additional devices, ERPC-MAC employs relaying nodes to provide relay service for nodes which consume energy fast. Accordingly the superframe adjustment is performed and then the network topology can be smoothly switched from single-hop to multi-hop. Moreover, for further energy saving and reliability improvement, the dynamic power control is introduced to adjust the power level whenever a node transmits its packets to the coordinator or the relaying node. To the best of the authors' knowledge, this is the first effort to integrate relay, topology adjustment and power control to improve the network performance in a WBAN. Comprehensive simulations are conducted to evaluate the performance. The results show that the ERPC-MAC is more superior to the existing standard and significantly prolongs the network lifetime.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.37
no.6B
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pp.423-432
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2012
We design a control circuit that can switch input power between a rechargeable battery and a sensor communication device (mote) depending on the operating state of a solar cell as well as the active and sleep mode of a sensor MAC protocol. A mote that simply combines a solarcell and a rechargeable battery may die if there is not sunlight long. A battery is recharged if sunlight is sufficient and a device is in a sleep mode, and it supplies power if sunlight is low and the mote is in an active mode. A mote can switch its input power between solar cell and battery depending on the output level of a solar cell. During this switching, a mote may lose its state information due to the reset of a microprocessor by the transient power-off. A capacitor is used to cope with this phenomenon and also supplies power to a mote during a sleep mode. Experimental results show that the solar cell based mote operates in a very stable manner against the lack of sunlight long.
This paper presents the design of a routing metric for energy-efficient and low-delay path selection and a new routing protocol utilizing the metric in duty-cycyled wireless sensor networks. The new routing metric based on duty cycle, EDW, can reduce the energy and delay of transmission paths, which represents total waiting time from source to destination due to duty cycle. Therefore, in this paper, we propose a new multipath routing protocol based on cross-layer information utilizing the new routing metric, and simulation results show that the proposed protocol shows better performance of end-to-end delay and energy consumption.
Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers
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v.49
no.12
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pp.45-55
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2012
The energy efficiency is extremely significant in Wireless Sensor Networks (WSN) which deliver the data sensed in the sensor field, using wireless communications. Under the characteristics of WSN, many MAC protocols employ the Duty Cycle mechanism which continuously operates Wakeup and Sleep periods, for the energy efficiency. However, constant Wakeup period in general Duty Cycle incurs the limited performance of the energy efficiency and the receiving ratio. For addressing this, we design and propose a new scheme called Variable Wakeup Period, considering local traffic conditions. Our scheme enhances receiving ratio by increasing Wakeup period under the high traffic condition, and makes high energy efficiency by decreasing Wakeup period under the otherwise condition. In addition, we evaluate the performance of our scheme by performing the simulation, which experiments the previous synchronous and asynchronous MAC protocols, and which also experiments the same protocols with the proposed scheme, for comparative evaluations.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.39B
no.10
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pp.691-699
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2014
In order to increase network lifetime, duty-cycle MAC protocols which can reduce energy consumption caused by idle listening is proposed for WSNs. In common duty-cycle MAC protocols, each sensor node calculates its duty-cycle interval based on the current amount of residual energy. However, in WSNs with the capability of energy harvesting, existing duty-cycle intervals based on the residual energy may cause the sensor nodes which have high energy harvesting rate to suffer unnecessary sleep latency. Therefore, a duty-cycle scheduling scheme which adjust the duty-cycle interval based on both of the residual energy and the energy harvesting rate was proposed in our previous work. However, since this duty-cycle MAC protocol overlooked the performance variation according to the change of duty-cycle interval and adjusted the duty-cycle interval only linearly, the optimal duty-cycle interval could not be obtained to meet application requirements. In this paper, we propose three methods which calculate the duty-cycle interval and analyse their results. Through simulation study, we verify that network lifetime, end-to-end delay and packet delivery ratio can be improved up to 23%, 44% and 31% as compared to the existing linear duty-cycle scheduling method, respectively.
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.
Proceedings of the Korean Information Science Society Conference
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2004.04a
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pp.535-537
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2004
최근 센서 네트워크에 대한 필요성이 증대되면서 센서 기술과 통신 기술 등 센서 네트워크의 기반기술에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 특히, 센서 네트워크에서 센서 노드의 수명은 센서의 배터리 전력량에 비례하므로 보다 적은 전력으로 통신을 수행하는 기술들에 관심이 집중되고 있다. 이러한 저전력 통신 프로토콜 가운데 대표적인 것이 시간 분할 다중 접속(TDMA) 기반 MAC 프로토콜이다. 지정된 시간에만 센서 노드의 통신 상태를 정지(sleep)상태에서 유휴(idle)상태로 변경하여 통신을 수행하므로 전력 소비를 최소화시키는 기술이다. 그러나 이웃한 다른 센서들 간의 통신을 간섭하지 않기 위해 센서들은 통신시 서로 다른 주파수를 사용해야 한다. 이러한 제한 사항을 충족시키기 위해서는 센서 노드들이 다양한 주파수를 청취할 수 있어야 하며. 이는 센서 노드 생산시 제조단가의 증가와 직결되어 센서 네트워크의 상용화에 주요한 문제가 될 수 있다. 따라서 본 논문에서는 시간 분할접속(TDMA) 기반 저전력 MAC 프로토콜에서 단일 주파수를 사용한 수 있도록 통신 시간(time slot)을 할당하는 알고리즘을 제안하고자 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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