Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.27
no.1
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pp.124-130
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2023
In this paper, we intend to improve the network lifetime by improving the energy efficiency of sensor nodes in a wireless sensor network by utilizing machine learning using K-means clustering algorithm. A wireless sensor network is a wireless network composed of physical devices including batteries as physical sensors. Due to the characteristics of sensor nodes, all resources must be efficiently used to minimize energy consumption to maximize network lifetime. A cluster based approach is used to manage groups of relatively large numbers of nodes. In the proposed protocol, by improving the existing LEACH algorithm, we propose a clustering algorithm that selects a cluster head using a cluster based approach and a location based approach. The performance results to be improved were measured using Matlab simulation. Through the experimental results, K-means clustering was applied to the energy efficiency part. By utilizing K-means, it is confirmed that energy efficiency is improved and the lifetime of the entire network is extended.
Most of clustering schemes focusing on the energy efficiency have only a cluster head in each cluster, thus the energy consumption of cluster head in a cluster can rapidly increase. To reduce the energy consumption, recently, the dual-layered clustering which is separated a cluster ranges into two parts, i.e., data aggregation layer and data transmission layer, based on a sensor equipped with geographical positioning system (GPS), was proposed. However, the logical regions existing within the dual-layered clustering range can not distinguish efficiently. This scheme leads to many messages collision and transmission delay among member nodes. In this paper, to solve these problems, we propose a separated dual-layered routing scheme using the position information and the cluster radius. Proposed scheme clearly distinguish the dual-layered clustering range and gets the balanced number of member nodes in each cluster. Therefore, the proposed routing scheme could prolong the overall network life time about 10% compared to the previous two layered clustering scheme and LEACH.
The main goal of research concerning clustering protocols is to minimize the energy consumption of each node and maximize the network lifetime of wireless sensor networks. However, most existing clustering protocols mainly focused on the design and formation of clusters, leaving the consideration of communication between the cluster head and the sink behind. In this paper, we propose efficient multi path routing algorithm by using MAC-NET Cross-layering. multi path needed only one tiny packet from sink to setup. In addition proposed algorithm can be used for any cluster-based hierarchical inter-clustering routing algorithm. The simulation results demonstrate that proposed algorithm extended the overall survival time of the network by reducing the load of cluster heads. The performance of proposed algorithm is less affected by the extension of sensing field than other inter-clustering operation.
Most existing clustering protocols have been aimed to provide balancing the residual energy of each node and maximizing life-time of wireless sensor networks. In this paper, we present the threshold based cluster head replacement strategy for clustering protocols in wireless sensor networks. This protocol minimizes the number of cluster head selection by preventing the cluster head replacement up to the threshold of residual energy. Reducing the amount of head selection and replacement cost, the life-time of the entire networks can be extended compared with the existing clustering protocols. Our simulation results show that our protocol outperformed than LEACH in terms of balancing energy consumption and network life-time.
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.
Recently, lot of researches for the multi-level protocol have been done to balance the sensor node energy consumption of WSN and improve the node efficiency to extend the life of the entire network. Especially in multi-hop protocol, a variety of models have been proposed to improve energy efficiency and apply it to WSN protocol. In this paper, we analyze LEACH algorithm and propose new method based on center of local clustering routing algorithm in wireless sensor networks. We also perform NS-2 simulation to show the performance of our model.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.6
no.1
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pp.341-360
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2012
The network topology for a wide area sensor network has to support connectivity and a prolonged lifetime for the many applications used within it. The concepts of structure and group in sociology are similar to the concept of cluster in wireless sensor networks. The clustering method is one of the preferred ways to produce a topology for reduced electrical energy consumption. We herein propose a cluster topology method based on sociological structures and concepts. The proposed sociological clustering topology (SOCT) is a method that forms a network in two phases. The first phase, which from a sociological perspective is similar to forming a state within a nation, involves using nodes with large transmission capacity to set up the global area for the cluster. The second phase, which is similar to forming a city inside the state, involves using nodes with small transmission capacity to create regional clusters inside the global cluster to provide connectivity within the network. The experimental results show that the proposed method outperforms other methods in terms of energy efficiency and network lifetime.
Park, Chongmyung;Lee, Chungsan;Jo, Youngtae;Jung, Inbum
Journal of KIISE
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v.41
no.11
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pp.958-966
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2014
Wireless sensor networks offer a distributed processing environment. Many sensor nodes are deployed in fields that have limited resources such as computing power, network bandwidth, and electric power. The sensor nodes construct their own networks automatically, and the collected data are sent to the sink node. In these traditional wireless sensor networks, network congestion due to packet flooding through the networks shortens the network life time. Clustering or in-network technologies help reduce packet flooding in the networks. Many studies have been focused on saving energy in the sensor nodes because the limited available power leads to an important problem of extending the operation of sensor networks as long as possible. However, we focus on the execution time because clustering and local distributed processing already contribute to saving energy by local decision-making. In this paper, we present a cooperative processing model based on the processing timeline. Our processing model includes validation of the processing, prediction of the total execution time, and determination of the optimal number of processing nodes for distributed processing in wireless sensor networks. The experiments demonstrate the accuracy of the proposed model, and a case study shows that our model can be used for the distributed application.
Journal of the Korea Institute of Information Security & Cryptology
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v.16
no.3
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pp.29-38
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2006
Recent advances in wireless communication technology promotes many researches related to sensor network and brings several proposals to fit into various types of sensor network communication. The research direction for sensor network is divided into the method to maximize an energy efficiency and security researches that has not been remarkable so far. To maximize an energy efficiency, the methods to support data aggregation and cluster-head selection algorithm are proposed. To strengthen the security, the methods to support encryption techniques and manage a secret key that is applicable to sensor network are proposed, In. However, the combined method to satisfy both energy efficiency and security is in the shell. This paper is devoted to design the protocol that combines an efficient clustering protocol with key management algorithm that is fit into various types of sensor network communication. This protocol may be applied to sensor network systems that deal with sensitive data.
Kim, Yo-Sup;Hong, Yeong-Pyo;Cho, Young-Il;Kim, Jin-Su;Eun, Jong-Won;Lee, Jong-Yong;Lee, Sang-Hun
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.11
no.9
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pp.3472-3480
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2010
The Clustering technology of Energy efficiency wireless sensor network gets the energy efficiency by reducing the number of communication between sensor nodes and sink node. In this paper, First analyzed on the clustering technique of the distributed clustering protocol routing scheme LEACH (Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy) and HEED (Hybrid, Energy-Efficient Distributed Clustering Approach), and based on this, new energy-efficient clustering technique is proposed for the cause the maximum delay of dead nodes and to increase the lifetime of the network. In the proposed method, the cluster head is elect the optimal efficiency node based on the residual energy information of each member node and located information between sink node and cluster node, and elected a node in the cluster head since the data transfer process from the data been sent to the sink node to form a network by sending the energy consumption of individual nodes evenly to increase the network's entire life is the purpose of this study. To verify the performance of the proposed method through simulation and compared with existing clustering techniques. As a result, compared to the existing method of the network life cycle is approximately 5-10% improvement could be confirmed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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