In this paper, a multi-objective wireless sensor network configuration optimization method is proposed. The proposed method aims to determine the optimal information and lifespan wireless sensor network for structural health monitoring of large-scale infrastructures. In particular, cluster-based wireless sensor networks with multi-type of sensors are considered. To optimize the lifetime of the wireless sensor network, a cluster-based network optimization algorithm that optimizes the arrangement of cluster heads and base station is developed. On the other hand, based on the Bayesian inference, the uncertainty of the estimated parameters can be quantified. The coefficient of variance of the estimated parameters can be obtained, which is utilized as a holistic measure to evaluate the estimation accuracy of sensor configurations with multi-type of sensors. The proposed method provides the optimal wireless sensor network configuration that satisfies the required estimation accuracy with the longest lifetime. The proposed method is illustrated by designing the optimal wireless sensor network configuration of a cable-stayed bridge and a space truss.
The smart sensor technology has opened new horizons for assessing and monitoring structural health of civil infrastructure. Smart sensor's unique features such as onboard computation, wireless communication, and cost effectiveness can enable a dense network of sensors that is essential for accurate assessment of structural health in large-scale civil structures. While most research efforts to date have been focused on realizing wireless smart sensor networks (WSSN) on bridge structures, relatively less attention is paid to applying this technology to buildings. This paper presents a decentralized damage detection using the WSSN for building structures. An existing flexibility-based damage detection method is extended to be used in the decentralized computing environment offered by the WSSN and implemented on MEMSIC's Imote2 smart sensor platform. Numerical simulation and laboratory experiment are conducted to validate the WSSN for decentralized damage detection of building structures.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.28
no.2
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pp.176-184
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2011
As modern megalopolises become more complex and huge, convenience and safety of citizens are main components for a welfare state. In order to make safe society, telemetrics technology, which remotely measures the information of target system using electronic devices, is an essential component. In general, telemetrics technology consists of USN (ubiquitous sensor network) based on a wireless network, smart sensor, and SoC (system on chip). In the smart sensor technology, the following two problems should be overcome. Firstly, because it is very difficult for transducer manufacturers to develop smart sensors that support all the existing network protocols, the smart sensor must be independent of the type of networking protocols. Secondly, smart sensors should be modular so that a faulty sensor element can be replaced without replacing healthy communication element. To solve these problems, this paper investigates the feasibility of an IEEE 1451 based ZigBee smart sensor system. More specifically, a smart sensor for large network coverage has been developed using ZigBee for active telemetrics.
Park, Jee-Hun;Lee, Suk;Song, Young-Hun;Lee, Kyung-Chang
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.28
no.4
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pp.436-445
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2011
As automation systems become intelligent and autonomous for productibility, industrial networks (fieldbuses) and network-based devices are essential components of intelligent manufacturing systems. However, there are obstacles for the wide acceptance of the network-based devices such as smart sensor and network-based actuator. First, there exist numerous fieldbus protocols that a network-based device should be able to support. Second, the whole network-based device has to be replaced when only the sensor of the module fails. In order to overcome these obstacles, a smart sensor/actuator is implemented as two units; one responsible for network communication and the other for sensor/actuator operations using IEEE 1451.0 standard. This paper presents a structure of the 1451.0-based smart sensor with multiple connectivity function designed by CANopen.
In this paper, a robust wireless sensor network configuration design method is proposed to develop the optimal configuration under the consideration of sensor failure and energy consumption. A malfunctioned sensor in a wireless sensor network may lead to data transmission failure of the entire sensing cluster, inducing severe deterioration in system identification performance. The proposed method determines a wireless sensor network configuration that is robust against sensor failure. By utilizing Bayesian inference, we introduce a robust indicator to evaluate the impact on estimation accuracy of sensor configurations with various malfunctioned sensors. Moreover, a network formation strategy is proposed to optimize the energy efficiency of the wireless sensor network configuration. Therefore, the resultant robust wireless sensor network configuration can operate with the minimum energy consumption while the measurement information of the sensor network with malfunctioned sensors can be guaranteed. The proposed method is illustrated by designing the robust wireless sensor network configurations of a truss model and a bridge model.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.63
no.5
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pp.713-718
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2014
DC urban railway power system consists of DC power network and AC power network. The DC power network supplies electric power to railway vehicles and the AC power network supplies electric power to station electric equipment. Recently, because of power consumption reduction and peak load shaving, intelligent measurement of regenerative energy and renewable energy adapted on DC urban railway is required. For this reason, DC smart metering system for DC power network shall be developed. Therefore, in this paper, DC voltage sensor, current sensor, and DC smart meter were developed and evaluated by performance test. DC voltage sensor was developed for measuring standard voltage range of DC urban railway, and DC current sensor was developed as hall effect split core type in order to install in existing system. DC smart meter possesses function of general intelligent electric power meter, such as measuring electricity and wireless communication etc. And, DC voltage sensor showed average 0.17% of measuring error for 2,000V/50mA, and current sensor showed average 0.21% of measuring error for ${\pm}2,000V/{\pm}4V$ in performance test. Also DC smart meter showed maximum 0.92% of measuring error for output of voltage sensor and current sensor. In similar environment for real DC power network, measuring error rate was under 0.5%. In conclusion, accuracy of DC smart metering system was confirmed by performance test, and more detailed performance will be verified by further real operation DC urban railway line test.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea CI
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v.44
no.5
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pp.28-37
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2007
IEEE 1451 standard defines an interface for network and transducer. In this paper, We propose an architectural model to configure data acquisition system and wireless smart sensor node based on IEEE 1451 standard. Proposed Network Capable Application Processor(NCAP) supports the task of data acquisition and communication for smart sensor node and network. The NCAP is able to reconfigure without interrupting the functionality of the wireless sensor node and receives the critical information of transducer using the DB. Smart sensor node is able to provide the basic information of sensor in digital format. This digital format is called Transducer Electronic Data Sheet(TEDS), is capable of plug-and-play capability of wireless sensor node and the NCAP. We simplify the format of TEDS and template to apply to wireless network environment. information of TEDS and template is transmitted using ad-hoc routing. This study system uses body temperature sensor and ECG(Electrocardiogram) sensor to provide the medical information service. The format of template is selected by data sheet of the sensor and reconfigured to accurately describe the property of the sensor. DB of NCAP is possible to register new template and information of the property as developing new sensor.
It is essential to investigate the structure and the main characteristics of BSN (Bio-Sensor Network) platform in built smart healthcare environment while designing healthy housing facilities. For this study, WSN (Wireless Sensor Network) data transmission technologies have been employed with medical sensors, and optimal medical devices would provide various Web 2.0 services by connecting to the WiBro network. The BSN platform normally recognizes in surroundings of WBAN (Wireless Body Area Network) or WPAN (Wireless Personal Area Network), and it is possible to manage sensor nodes by utilizing SOAP (Simple Object Access Protocol) and REST (REpresentational State Transfer). In addition, the feature of SNMP (Simple Network Management Protocol) for mobile gateway is also included for being adapted to huge network structure. Finally, BSN platform will play a role as important clues for developing personal WSN service models for smart healthy housing properties.
Hoover, Davis P.;Bilbao, Argenis;Rice, Jennifer A.
Smart Structures and Systems
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v.10
no.3
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pp.271-298
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2012
Researchers have made significant progress in recent years towards realizing effective structural health monitoring (SHM) utilizing wireless smart sensor networks (WSSNs). These efforts have focused on improving the performance and robustness of such networks to achieve high quality data acquisition and distributed, in-network processing. One of the primary challenges still facing the use of smart sensors for long-term monitoring deployments is their limited power resources. Periodically accessing the sensor nodes to change batteries is not feasible or economical in many deployment cases. While energy harvesting techniques show promise for prolonging unattended network life, low power design and operation are still critically important. This research presents the WiSeMote: a new, fully integrated ultra-low power wireless smart sensor node and a flexible base station, both designed for long-term SHM deployments. The power consumption of the sensor nodes and base station has been minimized through careful hardware selection and the implementation of power-aware network software, without sacrificing flexibility and functionality.
In this article, a smart multifunctional optical system-on-a-chip (SOC) sensor platform is presented and its application for fiber Bragg grating (FBG) sensor interrogation in optical sensor networks is investigated. The smart SOC sensor platform consists of a superluminescent diode as a broadband source, a tunable microelectromechanical system (MEMS) based Fabry-P$\acute{e}$rot filter, photodetectors, and an integrated microcontroller for data acquisition, processing, and communication. Integrated with a wireless sensor network (WSN) module in a compact package, a smart optical sensor node is developed. The smart multifunctional sensor platform has the capability of interrogating different types of optical fiber sensors, including Fabry-P$\acute{e}$rot sensors and Bragg grating sensors. As a case study, the smart optical sensor platform is demonstrated to interrogate multiplexed FBG strain sensors. A time domain signal processing method is used to obtain the Bragg wavelength shift of two FBG strain sensors through sweeping the MEMS tunable Fabry-P$\acute{e}$rot filter. A tuning range of 46 nm and a tuning speed of 10 Hz are achieved. The smart optical sensor platform will open doors to many applications that require high performance optical WSNs.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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