Energy efficiency is one of the most critical concerns for wireless sensor networks. By allowing sensor nodes in close proximity to cooperate in transmission to form a virtual multiple-input multiple-output(MIMO) system, recent progress in wireless MIMO communications can be exploited to boost the system throughput, or equivalently reduce the energy consumption for the same throughput and BER target. However, these cooperative transmission strategies may incur additional energy cost and system overhead. In this paper, assuming that data collectors are equipped with antenna arrays and superior processing capability, energy efficiency of relevant traditional and cooperative transmission strategies: Single-input-multiple-output(SIMO), space-time block coding(STBC), and spatial multiplexing(SM) are studied. Analysis in the wideband regime reveals that, while receive diversity introduces significant improvement in both energy efficiency and spectral efficiency, further improvement due to the transmit diversity of STBC is limited, as opposed to the superiority of the SM scheme especially for non-trivial spectral efficiency. These observations are further confirmed in our analysis of more realistic systems with limited bandwidth, finite constellation sizes, and a target error rate. Based on this analysis, general guidelines are presented for optimal transmission strategy selection in system level and link level, aiming at minimum energy consumption while meeting different requirements. The proposed selection rules, especially those based on system-level metrics, are easy to implement for sensor applications. The framework provided here may also be readily extended to other scenarios or applications.
This paper expands an analytical performance model of 802.11 to accurately estimate throughput and energy demand of 802.11-based wireless sensor network (WSN) when sensor nodes employ Reed-Solomon (RS) codes, one of block forward error correction (FEC) techniques. This model evaluates these two metrics as a function of the channel bit error rate (BER) and the RS symbol size. Since the basic recovery unit of RS codes is a symbol not a bit, the symbol size affects the WSN performance even if each packet carries the same amount of FEC check bits. The larger size is more effective to recover long-lasting error bursts although it increases the computational complexity of encoding and decoding RS codes. For applying the extended model to WSNs, this paper collects traffic traces from a WSN consisting of two TIP50CM sensor nodes and measures its energy consumption for processing RS codes. Based on traces, it approximates WSN channels with Gilbert models. The computational analyses confirm that the adoption of RS codes in 802.11 significantly improves its throughput and energy efficiency of WSNs with a high BER. They also predict that the choice of an appropriate RS symbol size causes a lot of difference in throughput and power waste over short-term durations while the symbol size rarely affects the long-term average of these metrics.
International Journal of Computer Science & Network Security
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v.22
no.1
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pp.139-148
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2022
Research into wireless sensor networks (WSNs) is a trendy issue with a wide range of applications. With hundreds to thousands of nodes, most wireless sensor networks interact with each other through radio waves. Limited computational power, storage, battery, and transmission bandwidth are some of the obstacles in designing WSNs. Clustering and routing procedures have been proposed to address these concerns. The wireless sensor network's most complex and vital duty is routing. With the Greedy Perimeter Stateless Routing method (GPSR), an efficient and responsive routing protocol is built. In packet forwarding, the nodes' locations are taken into account while making choices. In order to send a message, the GPSR always takes the shortest route between the source and destination nodes. Weighted directed graphs may be constructed utilising four distinct distance metrics, such as Euclidean, city block, cosine, and correlation distances, in this study. NS-2 has been used for a thorough simulation. Additionally, the GPSR's performance with various distance metrics is evaluated and verified. When compared to alternative distance measures, the proposed GPSR with correlation distance performs better in terms of packet delivery ratio, throughput, routing overhead and average stability time of the cluster head.
Kim, Dong-Yeon;An, Jae-Yong;Oh, Junhyeok;Lim, Tae Yoon;Won, JinSub;Hwang, Jun Ho;Woo, Deok Ha;Lee, Seok
Proceedings of the Korea Information Processing Society Conference
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2019.10a
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pp.543-545
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2019
4차산업혁명 시대가 도래함에 따라서 기존의 단순 지식 습득 위주의 교육에서 코딩을 통한 창의적 사고와 문제 해결능력을 키워주는 교육이 주목받기 시작하였다. 이러한 시대에 흐름에 발맞추어 교육부는 2019년부터 모든 초중고등학교에서 소프트웨어 교육을 정규 교육과정에 포함 시킨다고 밝혔다. 따라서 본 논문에서는 이미 수년 전부터 소프트웨어 중점 교육을 실시하고 있던 해외의 사례를 토대로 피지컬 컴퓨팅(Physical Computing) 기반의 소프트웨어 교육을 위한 초음파센서 블록을 개발하였다. 초음파센서블록은 학생들에게 익숙한 레고 안에 초음파센서와 아두이노를 내장하여 블록코딩을 활용한 콘텐츠 설계가 가능하다. 초음파센서블록을 입력장치로 사용하여 사전 연구를 통해 개발된 스위치, LED, 스피커 블록 등과 연동하여 학생들은 상상한 작품들을 블록코딩을 통해 실제로 구현해 볼 수 있다. 이 과정을 통해 학생들은 재미와 성취감을 느끼고 자발적인 학습 참여가 이루어질 것으로 예상된다.
This paper describes the hardware implementation of SPECK, a lightweight block cipher algorithm developed for the security of applications with limited resources such as IoT and wireless sensor networks. The block cipher SPECK crypto-core supports 8 block/key sizes, and the internal data-path was designed with 16-bit for small gate counts. The final round key to be used for decryption is pre-generated through the key initialization process and stored with the initial key, enabling the encryption/decryption for consecutive blocks. It was also designed to process round operations and key scheduling independently to increase throughput. The hardware operation of the SPECK crypto-core was validated through FPGA verification, and it was implemented with 1,503 slices on the Virtex-5 FPGA device, and the maximum operating frequency was estimated to be 98 MHz. When it was synthesized with a 180 nm process, the maximum operating frequency was estimated to be 163 MHz, and the estimated throughput was in the range of 154 ~ 238 Mbps depending on the block/key sizes.
Kim, Minchang;Park, Yongsoo;Kwon, Jinman;Kim, Hyunsik;Seo, Jeongwook
Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
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2018.10a
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pp.304-305
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2018
Recently, Industrial-IoT (IIoT) solutions accounted for up to 55% in 2016 and technological innovation and various new business models are being developed. In this paper, apply IIoT device in various environments and implement an ontology system that can interwork with block type IIoT device to easily add / change / delete sensor. The proposed system consists of IIoT device, block-type module, and ontology server. When the block-type module is connected to the IIoT device, the appropriate driver is installed and the firmware is downloaded through the ontology server. Even if a block is added / changed / deleted, it can be updated automatically. Through experiments, we confirmed that the normal operation of the server and the updating and downloading of software are implemented normally.
An acoustic vector sensor can simultaneously receive vector quantities, such as particle velocity and acceleration, as well as acoustic pressure at one location, and thus it can be used as a single input multiple output receiver in underwater acoustic communication systems. On the other hand, vector signals received by a single vector sensor have different channel characteristics due to the azimuth angle between the source and receiver and the difference in propagation angle of multipath in each component, producing different communication performances. In this paper, we propose a channel parameter-based weighting method to improve the performance of an acoustic communication system using a single vector sensor. To verify the proposed method, we used communication data collected from the experiment conducted during the KOREX-17 (Korea Reverberation Experiment). For communication demodulation, block-based time reversal technique which is robust against time-varying channels were utilized. Finally, the communication results showed that the effectiveness of the channel parameter-based weighting method for the underwater communication system using a single vector sensor was verified.
Kim, Jeong-Hwan;Lee, Seong-Jin;Choi, Yong-geon;Han, Seong-Gye;Kwon, Se-Ik;Kim, Nam-Ho
Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
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2017.05a
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pp.499-502
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2017
The needs of efficient electricity use and current measurement for electrical safety have been increased. Hence, the current sensor is used, especially non-contact current sensor which can measure the current without blocking the circuit using hall effect. However, the accurate measuring of the current sensor is inhibited due to the inflow of various noises in this current sensor. In this article, a stronger current sensor against the noise is proposed using low pass FIR filter to the existing current sensor. FIR filter was designed to block the range over the certain frequency at the output of the current sensor to eliminate the external noises, and so on. As a result, more accurate and close measurements were possible.
We develop a low complexity cooperative diversity protocol for low energy adaptive clustering hierarchy (LEACH) based wireless sensor networks. A cross layer approach is used to obtain spatial diversity in the physical layer. In this paper, a simple modification in clustering algorithm of the LEACH protocol is proposed to exploit virtual multiple-input multiple-output (MIMO) based user cooperation. In lieu of selecting a single cluster-head at network layer, we proposed M cluster-heads in each cluster to obtain a diversity order of M in long distance communication. Due to the broadcast nature of wireless transmission, cluster-heads are able to receive data from sensor nodes at the same time. This fact ensures the synchronization required to implement a virtual MIMO based space time block code (STBC) in cluster-head to sink node transmission. An analytical method to evaluate the energy consumption based on BER curve is presented. Analysis and simulation results show that proposed cooperative LEACH protocol can save a huge amount of energy over LEACH protocol with same data rate, bit error rate, delay and bandwidth requirements. Moreover, this proposal can achieve higher order diversity with improved spectral efficiency compared to other virtual MIMO based protocols.
This paper describes the fabrication and characterization of a differential pressure type integrated mass-flow controller made of stainless steel for reactive and corrosive gases. The fabricated mass-flow controller is composed of a normally closed valve and differential pressure sensor. A stacked solenoid actuator mounted on a base-block is utilized for precise and rapid control of gas flow. The differential pressure flow sensor consisting of four diaphragms can detect a flow rate by deflection of diaphragm. By a feedback control from the flow sensor to the valve actuator, it is possible to keep the flow rate constant. This device shows a fast response less than 0.3 sec. Also, this device shows accuracy less than 0.1% of full scale. It is confirmed that this device is not attacked by toxic gas, so the integrated mass-flow controller can be applied to advanced semiconductor processes which need fine mass-flow control corrosive gases with fast response.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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