KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제5권1호
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pp.123-140
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2011
In this paper, we propose an Energy Efficient Media Access Control (EE-MAC) protocol for wireless sensor networks. The proposed scheme is designed to save power consumption and guarantee quality-of-service for real-time traffic. EE-MAC uses the superframe structure which is bounded by the transmission of a beacon frame and can have an active and an inactive portion. The active period is divided into the contention free period (CFP) for real-time traffic transmission and the contention access period (CAP) for non-real-time traffic transmission. We propose the exclusively allocated backoff scheme which assigns a unique backoff time value to each real-time node based on bandwidth allocation and admission control. This scheme can avoid collision between real-time nodes by controlling distributed fashion and take effect a statistical time division multiple access. We also propose the algorithm to change the duty cycle adaptively according to channel utilization of media depending on network traffic load. This algorithm can prolong network lifetime by reducing the amount of energy wasted on idle listening.
Clustering allows hierarchical structures to be built on the nodes and enables more efficient use of scarce resources, such as frequency spectrum, bandwidth, and energy in wireless sensor networks (WSNs). This paper proposes a hierarchical clustering algorithm called EEHC which is more energy efficient than existing algorithms for WSNs, It introduces region node selection as well as cluster head election based on the residual battery capacity of nodes to reduce the costs of managing sensor nodes and of the communication among them. The role of cluster heads or region nodes is rotated among nodes to achieve load balancing and extend the lifetime of every individual sensor node. To do this, EEHC clusters periodically to select cluster heads that are richer in residual energy level, compared to the other nodes, according to clustering policies from administrators. To prove the performance improvement of EEHC, the ns-2 simulator was used. The results show that it can reduce the energy and bandwidth consumption for organizing and managing WSNs comparing it with existing algorithms.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제11권4호
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pp.1931-1953
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2017
The reverse skyline query plays an important role in information searching applications. This paper deals with continuous reverse skyline queries in sensor networks, which retrieves reverse skylines as well as the set of nodes that reported them for continuous sampling epochs. Designing an energy-efficient approach to answer continuous reverse skyline queries is non-trivial because the reverse skyline query is not decomposable and a huge number of unqualified nodes need to report their sensor readings. In this paper, we develop a new algorithm that avoids transmission of updates from nodes that cannot influence the reverse skyline. We propose a data mapping scheme to estimate sensor readings and determine their dominance relationships without having to know the true values. We also theoretically analyze the properties for reverse skyline computation, and propose efficient pruning techniques while guaranteeing the correctness of the answer. An extensive experimental evaluation demonstrates the efficiency of our approach.
N. Nithiyanandam;C. Mahesh;S.P. Raja;S. Jeyapriyanga;T. Selva Banu Priya
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제17권6호
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pp.1706-1727
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2023
Under Water Sensor Networks (UWSN) has gained attraction among various communities for its potential applications like acoustic monitoring, 3D mapping, tsunami detection, oil spill monitoring, and target tracking. Unlike terrestrial sensor networks, it performs an acoustic mode of communication to carry out collaborative tasks. Typically, surface sink nodes are deployed for aggregating acoustic phenomena collected from the underwater sensors through the multi-hop path. In this context, UWSN is constrained by factors such as lower bandwidth, high propagation delay, and limited battery power. Also, the vulnerabilities to compromise the aquatic environment are in growing numbers. The paper proposes an Energy-Efficient standalone Intrusion Detection System (EEIDS) to entail the acoustic environment against malicious attacks and improve the network lifetime. In EEIDS, attributes such as node ID, residual energy, and depth value are verified for forwarding the data packets in a secured path and stabilizing the nodes' energy levels. Initially, for each node, three agents are modeled to perform the assigned responsibilities. For instance, ID agent verifies the node's authentication of the node, EN agent checks for the residual energy of the node, and D agent substantiates the depth value of each node. Next, the classification of normal and malevolent nodes is performed by determining the score for each node. Furthermore, the proposed system utilizes the sheep-flock heredity algorithm to validate the input attributes using the optimized probability values stored in the training dataset. This assists in finding out the best-fit motes in the UWSN. Significantly, the proposed system detects and isolates the malicious nodes with tampered credentials and nodes with lower residual energy in minimal time. The parameters such as the time taken for malicious node detection, network lifetime, energy consumption, and delivery ratio are investigated using simulation tools. Comparison results show that the proposed EEIDS outperforms the existing acoustic security systems.
무선 센서 네트워크(Wireless Sensor Network : WSN)는 저가의 소형 센서를 활용해서 무선으로 사용되기 때문에 제한된 배터리 전력을 가지고 있다. 배터리를 교체할 수 없으므로 센서 노드의 수명은 배터리의 수명과 직결되므로 전력을 효율적으로 사용하여 네트워크의 수명을 극대화해야 한다. 본 연구에서는 대표적인 에너지 효율적 라우팅 프로토콜인 PEGASIS(: Power-Efficient Gathering in Sensor Information System)를 기반으로 싱크 노드로부터의 거리에 따라 계층화하여 하나의 체인이 아닌 다중 체인을 구성하는 프로토콜을 제안한다. 제안하는 프로토콜은 노드 간 전송 거리를 줄여서 불필요한 에너지 소모를 막아 네트워크 수명을 높일 수 있음을 확인하였다.
수중 센서 네트워크(UWSN: Underwater Wireless Sensor Networks)는 수중 센서 노드들의 에너지 자원의 제약이 심하고, 제한된 통신 대역폭과 다양한 전파지연 등의 환경적인 특성 때문에 효율적이고 안정적인 데이터전송 방법이 요구된다. 본 논문에서는 수중 센서 네트워크의 센서 노드들이 해양 바닥에 고정된 2차원 구조(2D: two-dimensional underwater wireless sensor network model)에서 이상적인 셀 크기의 육각 모자이크 구조를 이용한 향상된 하이브리드 전송 방법을 설명하고, 또한 센서 노드를 해양 바닥의 닻에 매달아 움직임이 가능한 3차원 구조(3D: three-dimensional underwater wireless sensor network model)에서 효과적인 데이터전송을 위한 에너지 효율적인 인식 및 통신범위를 확장하는 방법을 제안한다. 2D 및 3D 구조에서 제안된 방법들은 시뮬레이션 결과에 의해 기존의 전송 방법보다 높은 에너지 효율성을 가지는 것이 확인되었다.
The family of ISO/IEEE11073 standards is the basis of the e-health system and provides interoperability for personal health devices. In the early stage of e-health business, it was expected that people would use a health device individually. In this case, a measurement datum was episodically acquired and generally transmitted for one person at a time. Recently, a health device is expected to be used by multiple people, and large amounts of measurement data are gathered in a short time interval. In addition, mobile health devices have become more popular, so that energy efficient measurement data transmission is required, to prolong the use of a device. In IEEE11073 PHD standards, data transmission is classified into three different types: immediate individual transfer, small block transfer, and large block transfer. The large block transfer using PM-store concept provides efficient transmission. However, an existing PM-store has problem when a device is used by multiple people. To address the defined problem, a modified PM-segment that is in compliance with 11073 standards is proposed in this paper. In particular, the proposed PM-segment is designed to minimize the additional complexity of an agent instead of a manager and it is interoperable with the existing manager. The proposed PM-segment shows better performance than the existing PM-segment, in terms of memory requirements and expected queue time. Also, performance comparison among the three transfers is performed in regard to the delay time and communication power consumption points of view.
Journal of information and communication convergence engineering
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제22권1호
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pp.1-6
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2024
Energy efficiency in wireless sensor networks (WSNs) is a critical issue because batteries are used for operation and communication. In terms of scalability, energy efficiency, data integration, and resilience, WSN-cluster-based routing algorithms often outperform routing algorithms without clustering. Low-energy adaptive clustering hierarchy (LEACH) is a cluster-based routing protocol with a high transmission efficiency to the base station. In this paper, we propose an energy consumption model for LEACH and compare it with the existing LEACH, advanced LEACH (ALEACH), and power-efficient gathering in sensor information systems (PEGASIS) algorithms in terms of network lifetime. The energy consumption model comprises energy-sensitive cluster formation and a cluster head selection technique. The setup and steady-state phases of the proposed model are discussed based on the cluster head selection. The simulation results demonstrated that a low-energy-consumption network was introduced, modeled, and validated for LEACH.
A new modulation scheme called multicoded-pulse position modulation (MC-PPM) is proposed for an ultrawideband (UWB) impulse radio communication system. The multicoded signal is generated by using several orthogonal codes for transmitting data simultaneously. Then, each multi-level value of the multicoded signal is converted to pulse position which results in not only an improved data rate, but also a processing gain in reception, delivering the power-efficient benefit of PPM and guaranteeing the low pulse energy for UWB systems. We notice that the modulation of multi-level values of the multicoded signal to pulse position is more efficient in terms of achievable data rate than the modulation of transmitting data based on other PPM schemes within given bandwidth and pulse energy. Therefore, as a performance measure, we focus on the achievable data rate (link capacity) of the proposed scheme and analyze it theoretically. Through simulation, we compare the link capacity of the MC-PPM scheme and other PPM schemes, such as M -ary PPM and multiple PPM. With the fixed bandwidth and same pulse energy condition, the UWB system based on the proposed MC-PPM scheme shows good link capacity and an increased data rate as L increases, which is contrary to other PPM schemes.
Liu, Chen;Granados, Omar;Duarte, Rolando;Andrian, Jean
Journal of Information Processing Systems
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제8권1호
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pp.133-144
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2012
In order to make cognitive radio systems a practical technology to be deployed in real-world scenarios, the core Software Defined Radio (SDR) systems must meet the stringent requirements of the target application, especially in terms of performance and energy consumption for mobile platforms. In this paper we present a feasibility study of hardware acceleration as an energy-efficient implementation for SDR. We identified the amplifier function from the Software Communication Architecture (SCA) for hardware acceleration since it is one of the functions called for most frequently and it requires intensive floating-point computation. Then, we used the Virtex5 Field-Programmable Gate Array (FPGA) to perform a comparison between compiler floating-point support and the on-chip floating-point support. By enabling the on-chip floating-point unit (FPU), we obtained as high as a 2X speedup and 50% of the overall energy reduction. We achieved this with an increase of the power consumption by no more than 0.68%. This demonstrates the feasibility of the proposed approach.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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