Performance Analysis of Routing Protocol for Improvement Quality of Service (QoS) in Wireless Sensor Network

Rakesh Kumar Saini,Ritika 보안공학연구지원센터 2016 International Journal of Future Generation Communi Vol.9 No.12

Wireless Sensor Network has many sensor nodes that are used to monitor the physical and environmental condition such as Vibration, Temperature Sound and so on. In Wireless sensor network all sensor cooperately pass their data to the base station from where data are transmitted via satellite or internet to the base station. Wireless sensor network has some constraints like power or energy is limited, computational capability is limited, storage capability is limited. Energy efficiency of sensor nodes is very big issue in wireless sensor network because sensor nodes have low energy. To improve energy-efficiency of sensor nodes various routing protocols have been proposed in wireless sensor network like Cluster based routing protocols-LEACH (Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy), LEACH-C (Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy-Centralized), EEPSC (Energy-Efficient Protocol with Static Clustering), Cross-layered modification technique and other routing protocols like AODV, DSR, Bellman Ford, DSDV and DYMO Routing protocols. So in this work we try to analyze the performance of AODV, DYMO and DSR routing protocol for improvement Quality of Service (QoS) in Wireless Sensor Network. The parameters used for the performance analysis include average jitter, throughput, average end to end delay.

Application of Data Fusion Technology Based on Weight Improved Particle Swarm Optimization Neural Network Algorithm in Wireless Sensor Networks

Xiajun Ding,Hongbo Bi,Xiaodan Jiang,Lu zhang 보안공학연구지원센터 2016 International Journal of Future Generation Communi Vol.9 No.3

With the development of sensor technology, network technology, embedded control technology and wireless communication technology, the application of wireless sensor networks (WSN) has become more and more widely. Wireless sensor networks have been named the most influential and important technology of the world in twenty-first Century. In wireless sensor networks, data fusion is an important research branch. In this paper, a data prediction model of wireless sensor network based on weight improved particle swarm optimization neural network algorithm is proposed. In view of the deficiency of the traditional BP neural network model, this paper combines with the characteristics of the data prediction model, and the BP neural network model is improved and integrated. After that, we train the neural network's sample set, and add the momentum item to correct the weight, so that the neural network can be predicted more quickly and accurately. The main idea of this paper is to predict the future data based on the historical data which are collected by sensor nodes, so as to achieve the purpose of reducing the amount of data transmission in the network and saving the energy of nodes. Finally, the experimental results show that the improved particle swarm optimization algorithm based on weight improved particle swarm optimization neural network algorithm has higher accuracy than the multiple regression method and the grey prediction method. In addition, the method can be used to effectively save energy in wireless sensor data transmission.

이중 라디오 무선 센서 네트워크에서의 에너지 효율적인 클러스터링

문수훈(Soo-Hoon Moon),한승재(Seung-Jae Han) 한국정보과학회 2012 정보과학회논문지 : 정보통신 Vol.39 No.1

이중 라디오 무선 센서 네트워크는 2가지의 서로 다른 전송 거리, 전송 속도, 에너지 소모 특성을 갖는 라디오 인터페이스를 동시에 내장한 센서 노드들로 구성된다. 이중 라디오 센서 네트워크는 한가지 종류의 라디오 인터페이스로만 구성된 전통적인 무선 센서 네트워크에 비하여 네트워크의 공간적 확장성, 사건 감지 반응시간, 에너지 소모를 포함한 여러 측면에서 이점을 갖는다. 본 논문은 이중 라디오무선 센서 네트워크의 수명을 최대화하기 위해 에너지 효율적인 클러스터의 크기를 결정하는 것을 목적으로 한다. 이를 위한 전제로써 기존의 센서용 라디오 인터페이스를 클러스터 내부의 통신에 이용하고, 고속이며 긴 전송 범위를 갖는 라디오 인터페이스를 클러스터간 통신에 이용하는 이중 라디오 센서 노드로 구성된 2계층 클러스터 구조를 가정한다. 우리는 각 센서 노드에서 주기적으로 데이터가 발생하고 발생한 모든 데이터가 싱크 노드로 모이는 일반적인 센서 네트워크의 트래픽 상황에서 이중 라디오 센서 네트워크의 에너지 소모 양상을 분석한다. 이를 바탕으로 클러스터 구조의 네트워크에서 에너지 효율적으로 동작하는 네트워크 구성 매개변수를 이끌어 냄으로써 네트워크 수명 최대화의 목적을 달성하고자 한다. 우리는 얻은 결과를 실제에 적용하기 위해 2계층 클러스터링 알고리즘인 DHS(diffusive head selection)를 제안한다. 시뮬레이션을 통해, 에너지 효율적인 매개변수와 제안한 알고리즘으로 구성한 2계층 클러스터 구조의 센서 네트워크가 기존의 알고리즘보다 뛰어남을 보인다. Dual-radio wireless sensor network consists of the sensor nodes that have two radio interfaces which have different transmission distance, transmission speed and energy consumption. Dual-radio wireless sensor network provides several advantages compared with the conventional wireless sensor networks which consist of only single type of radio interface including spatial scalability, event detection latency, and energy consumption. In this paper, we aim to determine the energy efficient cluster size to maximize the network lifetime of dual-radio wireless sensor network. We assume the two-tier clustered WSN: conventional sensor radio interface is used for in-cluster communication and high-speed radio interface is utilized for inter-cluster communication. We analyze the energy consumption of dual-radio wireless sensor network in typical sensor network traffic, which the data is generated periodically and is concentrated to the sink node. Using this analysis, we achieve the maximization of network lifetime by deriving the network parameters which form energy efficient cluster architecture. To apply this result to the real network, we propose a two-tiered clustering algorithm, called 'DHS (diffusive head selection)'. In simulation, we show that the performance of the two-tier clustered dual-radio wireless sensor network by DHS exceeds those of previous algorithm.

모바일 센서 네트워크에서 모바일 싱크 기반 에너지 효율적인 클러스터링 기법

김진수(Jin-Su Kim) 한국산학기술학회 2017 한국산학기술학회논문지 Vol.18 No.5

최근 무선 센서 네트워크의 활발한 연구와 함께 센서 노드는 이동성과 위치 인식 기능을 가지는 등 성능이 점점 향상되고 있다. 이러한 센서 네트워크의 가장 중요한 목표 중의 하나는 이동성이 있는 다수의 센서 노드들에서 발생한 데이터를 에너지 효율을 고려하여 싱크 노드로 전송하는 것이다. 모바일 무선 센서 네트워크는 센서 노드들이 이동하기 때문에, 센싱된 데이터를 고정된 싱크로 전송하기 위해서는 에너지 소모량이 많아진다. 이에 대한 문제를 해결하고자 싱크가 네트워크 내부를 이동하면서 데이터를 수집하는 모바일 싱크에 대한 활용이 연구되고 있다. 모바일 무선 센서 네트워크에서 중요한 고려 사항은 이동성과 에너지 소모량이다. 각 센서 노드는 제한된 에너지를 보유하기 때문에 데이터 송신에 소모되는 에너지가 클 경우, 전체 네트워크 수명에 많은 영향을 준다. 본 논문에서는 모바일 센서 네트워크에서 모바일 싱크 기반 에너지 효율적인 클러스터링 기법을 제안한다. 제안된 내용은 모바일 센서 노드들의 이동성에 따라 새로운 클러스터 헤드를 선택할 때의 에너지 효율을 높인다. 또한 전체 네트워크를 모바일 싱크 기반으로 여러 개의 클러스터 그룹으로 나누어, 이동성 문제를 고려하고 전체 에너지 소모량을 줄인다. 분석과 실험을 통해 제안된 기법이 이전의 모바일 센서 네트워크 클러스터링 기법보다 네트워크 에너지 효율성이 향상됨을 입증한다. Recently, the active research into wireless sensor networks has led to the development of sensor nodes with improved performance, including their mobility and location awareness. One of the most important goals of such sensor networks is to transmit the data generated by mobile sensors nodes. Since these sensor nodes move in the mobile wireless sensor networks (MWSNs), the energy consumption required for them to transmit the sensed data to the fixed sink is increased. In order to solve this problem, the use of mobile sinks to collect the data while moving inside the network is studied herein. The important issues are the mobility and energy consumption in MWSNs. Because of the sensor nodes’ limited energy, their energy consumption for data transmission affects the lifetime of the network. In this paper, a mobile-sink based energy-efficient clustering scheme is proposed for use in mobile wireless sensor networks (MECMs). The proposed scheme improves the energy efficiency when selecting a new cluster head according to the mobility of the mobile sensor nodes. In order to take into consideration the mobility problem, this method divides the entire network into several cluster groups based on mobile sinks, thereby decreasing the overall energy consumption. Through both analysis and simulation, it was shown that the proposed MECM is better than previous clustering methods in mobile sensor networks from the viewpoint of the network energy efficiency.

IoT 환경에서 보안성이 강화된 사용자 인증 기법

변승민,이학준 한국EA학회 2023 정보기술아키텍처연구 Vol.20 No.4

IoT에서 무선 센서 네트워크는 데이터를 실시간으로 수집하고 전송하는 중요한 역할을 한다. 무 선 센서 네트워크는 소형의 센서 노드들이 무선 통신을 통해 상호 연결되어 데이터를 수집하고 전송하 는 형태의 네트워크이다. 이러한 무선 센서 네트워크는 센서 노드를 주로 응용 환경에 배치하고, 자율 적으로 네트워크를 형성한 후, 센서 노드로부터 얻은 물리적 정보들을 무선으로 수집하여 감시, 제어 등의 용도로 활용하는 기술이다. 하지만 센서 노드는 무선 통신을 사용하기 때문에 공격자가 도청, 중 간자 공격 등을 사용해서 센서 노드에서 데이터를 가져갈 수 있다. 따라서 무선 센서 네트워크의 사용 자 인증 및 키 합의 프로토콜은 중요한 연구 분야이다. 본 논문에서는 Tyagi 등이 제안한 무선 센서 네 트워크의 취약점을 보완한 인증 방식을 제안하고, 이에 대한 보안 분석을 한 결과 Stolen smart card attack, Offline password guessing attack, Identity guessing attack, Insider attack, User forgery attack 등 여러 공격에 안전하고, 제안한 프로토콜은 계산 비용, 통신 비용 측면에서도 효율적이다. In IoT, Wireless Sensor Networks (WSNs) play a crucial role in the real-time collection and transmission of data. A wireless sensor network is a network in which small sensor nodes are interconnected through wireless communication to collect and transmit data. This wireless sensor network is a technology primarily deployed by situating sensor nodes in various application environments. After autonomously forming a network, it collects physical information wirelessly from sensor nodes and utilizes it for purposes such as monitoring and control. However, since sensor nodes use wireless communication, attackers can potentially eavesdrop on or intercept data from sensor nodes using methods such as man-in-the-middle attacks. Therefore, user authentication and key agreement protocols in wireless sensor networks stand out as crucial areas of research. In this paper, we propose an authentication method that addresses vulnerabilities identified by Tyagi et al. in wireless sensor networks. The security analysis results demonstrate that the proposed protocol is resilient against various attacks, including stolen smart card attack, offline password guessing attack, identity guessing attack, insider attack, and user forgery attack. Furthermore, the proposed protocol proves to be efficient in terms of computational and communication costs.

드론 기반 무선 센서 네트워크에서의 커버리지와 에너지를 고려한 드론 배치

김태림(Tae-Rim Kim),송종규(Jong-Gyu Song),임현재(Hyun-Jae Im),김범수(Bum-Su Kim) 한국산학기술학회 2019 한국산학기술학회논문지 Vol.20 No.8

무선 센서 네트워크는 적은 비용이 들고 낮은 전력으로 구동할 수 있는 센서들이 넓은 범위에 분포한 네트워크이다. 이때 센서들이 주변의 환경을 감시하고 계측한 정보들을 인근의 센서들에게 멀티홉 방식으로 전송하여 최종적으로 모든 데이터들이 베이스 스테이션으로 보내지는 네트워크가 무선 센서 네트워크이다. 여기서 무선 센서 네트워크에 대한 대부분의 연구는 한 위치에 고정되어 주변을 감시하는 정적 센서가 주가 되어왔다. 하지만 정적 센서만으로 이루어진 네트워크와 달리, 드론을 이용하여 네트워크를 구성하게 된다면 네트워크의 전체 커버리지와 에너지 소모를 보다 효율적으로 관리할 수 있다. 본 논문에서는 네트워크를 이루는 드론들에 대한 환경을 모델링하기 위해 전송 전력 모델과 비디오 인코딩 모델을 수식화하여 소개한다. 또한 드론의 효율적인 배치를 위하여 우선순위 지도를 설계하고, 이를 기반으로 커버리지와 에너지를 고려하여 드론들을 배치하는 방식을 보여준다. 다양한 시뮬레이션을 통하여 정적 센서 기반의 네트워크보다 드론 기반의 무선 센서 네트워크에서 더 적은 수의 센서로 커버리지를 증가시키고 소모되는 에너지는 줄여준다는 것을 보여준다. 구체적으로는 정적 센서와 드론의 수가 동일한 가운데 커버리지는 최대 30 퍼센트의 향상이 있고, 에너지 측면에서는 평균 25 퍼센트의 전체 네트워크의 에너지 소모를 줄이면서도 정적 센서 네크워크와 드론 기반 네트워크의 커버리지가 동일하게 유지됨을 보여준다. Awireless sensor network utilizes small sensors with a low cost and low power being deployed over a wide area. They monitor the surrounding environment and gather the associated information to transmit it to a base station via multi-hop transmission. Most of the research has mainly focused on static sensors that are located in a fixed position. Unlike a wireless sensor network based on static sensors, we can exploit drone-based technologies for more efficient wireless networks in terms of coverage and energy. In this paper, we introduce a transmission power model and a video encoding power model to design the network environment. We also explain a priority mapping scheme, and deploy drones oriented for network coverage and energy consumption. Through our simulations, this research shows coverage and energy improvements in adrone-based wireless sensor network with fewer sensors, compared to astatic sensor-based wireless sensor network. Concretely, coverage increases by 30% for thedrone-based wireless sensor network with the same number of sensors. Moreover, we save an average of 25% with respect to the total energy consumption of the network while maintaining the coverage required.

무선 센서 네트워크에서 유니캐스트를 위한 에너지 효율적인 라우팅 프로토콜

한욱표(Uk-Pyo Han),이희춘(Hee-Choon Lee),정영준(Young-Jun Chung) 한국정보과학회 2007 정보과학회논문지 : 정보통신 Vol.34 No.4

무선 센서 네트워크의 각 센서 노드는 배터리 기반의 제한된 에너지로 동작하기 때문에 무선센서 네트워크에서의 효율적인 에너지 사용에 많은 연구가 이루어지고 있다. 무선 센서 네트워크의 수명을 연장하기 위해서는 전체 네트워크의 전력소비를 줄이는 것도 필요하지만 보다 중요한 것은 센서 노드들의 균일한 에너지 소비를 유도하는 것이다. 무선 센서 네트워크와 같이 많은 수의 센서 노드가 조밀하게 분포되어 긴밀한 협업을 통해 정보를 모으고 전달하는 유기적인 시스템에서는 가능한 많은 노드들이 생존하는 것이 망의 수명에 더욱 중요한 요인이 된다. 본 논문에서는 무선 센서 네트워크에서 Ad Hoc 라우팅 프로토콜인 AODV를 기반으로 수집된 자료를 목표지점까지 전달하는데 소수의 특정 노드들에 트래픽이 집중되지 않게 하여 전체 네트워크의 수명을 연장하는 에너지 인식 라우팅 기법을 제안한다. 제안한 프로토콜에 대해서 시뮬레이션을 기반으로 네트워크 수명과 종단 간 지연 등의 성능 지표에 대한 분석을 수행하였다. The efficient node-energy utilization in wireless sensor networks has been studied because sensor nodes operate with limited power based on battery. To extend the lifetime of the wireless sensor networks, maintaining balanced power consumption between sensor nodes is more important than reducing total energy consumption of the overall network. Since a large number of sensor nodes are densely deployed and collect data by cooperation in wireless sensor network, keeping more sensor nodes alive as possible is important to extend the lifetime of the sensor network. In this paper, we submit an efficient energy aware routing protocol based on AODV ad hoc routing protocol for wireless sensor networks to increase its lifetime without degrading network performance. The proposed protocol is designed to avoid traffic congestion on minor specific nodes at data transfer and to make the node power consumption be widely distributed to increase the lifetime of the network. The performance of the proposed protocol has been examined and evaluated with the NS-2 simulator in terms of network lifetime and end-to-end delay.

A Web-based Sensor Network Query and Data Management

황광일(Kwang-il Hwang),엄두섭(Doo-seop Eom) 한국정보과학회 2006 정보과학회논문지 : 시스템 및 이론 Vol.33 No.11·12

최근 무수한 센서 노드들로 구성된 무선 센서 네크워크는 물리적인 환경을 감독하고 분석하는데 많은 기여를 할 것으로 기대된다. 그러나, 센서 네트워크는 매우 많은 노드들이 통신에 참여하고 전력이 제한된다는 점에서 기존의 네트워크와 매우 차별된다. 이러한 독특한 특징 때문에 센서네트워크의 데이타 질의를 포함한 센서 네트워크 데이타 관리는 주목할 만한 연구분야가 되고 있다. 또한 인터넷의 활발한 보급과 사용의 편리함 때문에 독립적인 한 네트워크에 대한 감독과 관리에 있어 인터넷을 통한 원격의 웹기반 네트워크 관리기술을 사용하는 것이 일반적으로 고려되고 있다. 그리하여 본 논문에서는 센서 네트워크 데이타 질의 및 관리를 보다 효율적으로 하기 위한 웹기반의 센서 데이타 질의 서버와 이를 기반으로 한 게이트웨이의 구조를 제안하고, 제안된 웹기반의 센서 게이트웨이의 구현관련 세부사항과 그 결과를 기술한다. 제안된 웹기반 게이트웨이는 크게 두 부분으로 구성된다. (인터넷 관련 처리부분과 센서 데이타 처리부분) 센서 데이타 처리부분은 인터넷으로 전달된 사용자의 질의와 해당하는 데이타를 다양한 센서네트워크 (평면적 또는 계층적)에 적용 가능한 센서 데이타 질의 및 데이타 관리를 대행하는 역할을 하며, 인터넷 관련 처리부분에서는 센서 네트워크와 인터넷 사이의 순조로운 데이타 교환을 위한 모듈화된 게이트웨이 기능을 공급한다. Wireless sensor networks consisting of hundreds to thousands of nodes are expected to be increasingly deployed in coming years, as they enable reliable monitoring and analysis of physical worlds. These networks have unique features that are very different from traditional networks, e.g., the numerous numbers of nodes, limitation in power, processing, and memory. Due to these unique features of wireless sensor networks, sensor data management including querying becomes a challenging problem. Furthermore, due to wide popularization of the Internet and its facility in use, it is generally accepted that an unattended network can be efficiently managed and monitored over the Internet. In particular, in order to more efficiently query and manage data in a sensor network, in this paper, the architecture of a sensor gateway including web-based query server is presented and its implementation detail is illustrated. The presented web-based gateway is largely divided into two important parts: Internet part and sensor network part. The sensor network part plays an important role of handling a variety of sensor networks, including flat or hierarchical network architecture, by using internally layered architecture for efficiently querying and managing data in a sensor network. In addition, the Internet part provides a modular gateway function for favorable exchange between the sensor network and Internet.

Localization Algorithm for Wireless Sensor Networks Based on Modified Distance Estimation

Liquan Zhao,Kexin Zhang 한국정보처리학회 2020 Journal of information processing systems Vol.16 No.5

The distance vector-hop wireless sensor node location method is one of typical range-free location methods. Indistance vector-hop location method, if a wireless node A can directly communicate with wireless sensor networknodes B and C at its communication range, the hop count from wireless sensor nodes A to B is considered to bethe same as that form wireless sensor nodes A to C. However, the real distance between wireless sensor nodes Aand B may be dissimilar to that between wireless sensor nodes A and C. Therefore, there may be a discrepancybetween the real distance and the estimated hop count distance, and this will affect wireless sensor node locationerror of distance vector-hop method. To overcome this problem, it proposes a wireless sensor network nodelocation method by modifying the method of distance estimation in the distance vector-hop method. Firstly, weset three different communication powers for each node. Different hop counts correspond to different communicationpowers; and so this makes the corresponding relationship between the real distance and hop count moreaccurate, and also reduces the distance error between the real and estimated distance in wireless sensor network. Secondly, distance difference between the estimated distance between wireless sensor network anchor nodes andtheir corresponding real distance is computed. The average value of distance errors that is computed in the secondstep is used to modify the estimated distance from the wireless sensor network anchor node to the unknownsensor node. The improved node location method has smaller node location error than the distance vector-hopalgorithm and other improved location methods, which is proved by simulations.

An Efficient Implementation of Key Frame Extraction and Sharing in Android for Wireless Video Sensor Network

( Kang-wook Kim ) 한국인터넷정보학회 2015 KSII Transactions on Internet and Information Syst Vol.9 No.9

Wireless sensor network is an important research topic that has attracted a lot of attention in recent years. However, most of the interest has focused on wireless sensor network to gather scalar data such as temperature, humidity and vibration. Scalar data are insufficient for diverse applications such as video surveillance, target recognition and traffic monitoring. However, if we use camera sensors in wireless sensor network to collect video data which are vast in information, they can provide important visual information. Video sensor networks continue to gain interest due to their ability to collect video information for a wide range of applications in the past few years. However, how to efficiently store the massive data that reflect environmental state of different times in video sensor network and how to quickly search interested information from them are challenging issues in current research, especially when the sensor network environment is complicated. Therefore, in this paper, we propose a fast algorithm for extracting key frames from video and describe the design and implementation of key frame extraction and sharing in Android for wireless video sensor network.