Energy Efficient Routing Algorithm in Wireless Sensor Networks

This Wireless sensor network (WSN) is widely considered as one of the most important technologies for the twenty-first century, it provides the availability of small and low-cost sensor nodes with the ability of sensing different types of physical and environmental conditions, data processing, and wireless communication. Sensor nodes have a limited transmission range, and their processing and storage capabilities as well as their energy resources are also limited. Thus, optimized routing algorithms for wireless sensor networks should be utilized in order to maintain the routes in the network and to ensure reliable multi-hop communication under these conditions. Keywords: Wireless Sensor Networks, Energy Efficiency, Routing Protocols, Solar Sensors, Mobile Agent

A Data Compress Scheme for Maximizing Sensing Data in Solar-powered Sensor Networks

학위논문 (석사)-- 서울대학교 대학원 : 전기·컴퓨터공학부, 2015. 8. 신현식.무선 센서 네트워크는 주기적으로 주변 환경 정보를 수집한다. 수집하 는 환경 정보를 시간변화에 대해 보다 정밀하게 얻기 위해서는 센싱 주 기를 줄여야 하지만 이는 더 많은 에너지를 필요로 한다. 한편 태양에너 지 기반 센서 노드는 태양에너지를 통해 수집되는 여분의 에너지를 센서 네트워크의 서비스 품질을 향상시키는데 이용할 수 있으며, 데이터의 압 축 기법을 이용하면 데이터의 크기를 줄여 전송에 이용하는 에너지를 줄 일 수 있게 된다. 본 논문에서는 태양에너지로부터 수집된 여분의 에너지와 데이터의 압 축 기법을 이용해 절약되는 에너지를 이용하여 데이터의 수집량을 늘려 시간변화에 대해 보다 정밀한 데이터를 얻는 기법을 제안한다. 이 기법 은 압축률과 압축 소모에너지가 서로 다른 두 가지 압축 알고리즘을 센 서 노드의 남은 에너지, 태양에너지로부터 수집되는 에너지, 센서 노드 가 사용하는 에너지를 고려하여 적응적으로 선택한다. 이 기법을 이용해 여분의 에너지를 높은 압축률에서 짧은 센싱주기로 수집하는데 이용하여 센싱 데이터의 양을 늘리도록 한다. 본 연구에서 이용한 기법을 이용하면 낮은 압축률의 압축 알고리즘만 을 이용하여 데이터를 수집하는 경우에 비해 약 7.8%정도의 데이터를 더 수집할 수 있었으며, 이는 7.8% 더 정밀한 데이터를 수집하였음을 의미한다.요약 i 목차 ii 그림 목차 iv 표 목차 iv 1. 서론 1 1.1 연구의 동기 1 1.2 연구의 목적 및 개요 2 1.3 논문의 구성 4 2. 배경 지식 및 관련연구 5 2.1 무선 센서 네트워크 5 2.2 무선 센서노드와 싱크노드의 특징 6 2.3 센서노드에서의 데이터 압축 기법 7 2.4 태양에너지 기반 무선 센서 네트워크 8 3. 적응적 압축 기법 11 3.1 적응적 압축 기법 개요 11 3.2 압축 알고리즘 12 3.3 노드의 동작 15 3.4 동작모드의 결정 16 3.5 문턱값의 결정 18 3.6 데이터 수집 주기의 결정 20 4. 실험 환경 및 결과 22 4.1 실험 환경 22 4.2 실험 결과 25 5. 결론 및 향후 연구 30 참고문헌 31 Abstract 36Maste

Feasibility of wireless horse monitoring using a kinetic energy harvester model

To detect behavioral anomalies (disease/injuries), 24 h monitoring of horses each day is increasingly important. To this end, recent advances in machine learning have used accelerometer data to improve the efficiency of practice sessions and for early detection of health problems. However, current devices are limited in operational lifetime due to the need to manually replace batteries. To remedy this, we investigated the possibilities to power the wireless radio with a vibrational piezoelectric energy harvester at the leg (or in the hoof) of the horse, allowing perpetual monitoring devices. This paper reports the average power that can be delivered to the node by energy harvesting for four different natural gaits of the horse: stand, walking, trot and canter, based on an existing model for a velocity-damped resonant generator (VDRG). To this end, 33 accelerometer datasets were collected over 4.5 h from six horses during different activities. Based on these measurements, a vibrational energy harvester model was calculated that can provide up to 64.04 mu W during the energetic canter gait, taking an energy conversion rate of 60% into account. Most energy is provided during canter in the forward direction of the horse. The downwards direction is less suitable for power harvesting. Additionally, different wireless technologies are considered to realize perpetual wireless data sensing. During horse training sessions, BLE allows continues data transmissions (one packet every 0.04 s during canter), whereas IEEE 802.15.4 and UWB technologies are better suited for continuous horse monitoring during less energetic states due to their lower sleep current

Power Adaptive Data Encryption for Energy-Efficient and Secure Communication in Solar-Powered Wireless Sensor Networks

Basic security of data transmission in battery-powered wireless sensor networks (WSNs) is typically achieved by symmetric-key encryption, which uses little energy; but solar-powered WSNs sometimes have sufficient energy to achieve a higher level of security through public-key encryption. However, if energy input and usage are not balanced, nodes may black out. By switching between symmetric-key and public-key encryption, based on an energy threshold, the level of security can be traded off against the urgency of energy-saving. This policy can also reduce the amount of energy used by some nodes in a WSN, since data encrypted using a public-key is simply relayed by intermediate nodes, whereas data encrypted using a symmetric-key must be decrypted and reencrypted in every node on its path. Through a simulation, we compared the use of either symmetric-key or public-key encryption alone with our scheme, which was shown to be more secure, to use energy more effectively, and to reduce the occurrence of node blackouts

Preliminary Study on the Potential of Harvesting Energy from Malaysian Road Pavement

Unused energy occurred at the pavement in the form of solar radiation, vibration and stress have the potential to be converted into more useful energy mainly into electrical energy. It is an alternative way to produce renewable energy source for electricity generation in order to replace the depleting non-renewable energy resources. This paper is to review and evaluate different methods of harvesting energy from road pavement as well as to identify the most promising method to be used for Malaysia road. Evaluation on the efficiency and cost-analysis are done based on the information of current harvesting energy technologies which are piezoelectric and photovoltaic energy harvesters. Secondary data such as average daily traffic (ADT) in Malaysia expressways and average annual solar radiation in Malaysia are collected in order to identify the real potential of harvesting energy from Malaysia pavement

Low-Power Pıc-Based Sensor Node Devıce Desıgn And Theoretıcal Analysıs Of Energy Consumptıon In Wıreless Sensor Networks

Teknolojinin ilerlemesi, daha enerji verimli ve daha ucuz elektronik bileşenlerinin daha küçük üretilmesini sağlamıştır. Bu nedenle, daha önce mevcut birçok bilgisayar ve elektronik bilim-mühendislik fikirleri uygulanabilir hale gelmiştir. Bunlardan birisi de kablosuz sensör ağları teknolojisidir. Kablosuz algılayıcı ağlar, düşük enerji tüketimi ve gerekli teknik gereksinimlerin gerçekleşmesi ile uygulanabilir hale gelmiştir. Ayrıca, Kablosuz algılayıcı ağlarının tasarımında iletişim algoritmaları, enerji tasarruf protokolleri ve yenilenebilir enerji teknolojileri gibi diğer bilimsel çalışmalar zorunlu hale gelmiştir. Bu tez, mikroelektronik sistemler, kablosuz iletişim ve dijital elektronik teknolojisinin ilerlemesiyle uygulanabilir hale gelmiş sensör ağları teknolojisini kapsamaktadır. Birincisi, algılama görevleri ve potansiyel algılayıcı ağ uygulamaları araştırılmış ve algılayıcı ağlarının tasarımını etkileyen faktörlerin gözden geçirilmesi sağlanmıştır. Ardından sensör ağları için iletişim mimarisi ana hatlarıyla belirtilmiştir. Ayrıca, tek bir düğümün WLAN ile iletişim kurabilmesi için yeni donanım mimarisi tasarlanmış ve düğümlerde yenilenebilir enerji kaynakları kullanılmıştır. Bu tezde WSN, analitik bilim ve uygulamalı bilim açısından incelenmiştir. Düşük enerji tüketimi ve iletişim protokolleri arasındaki ilişki değerlendirilmiş ve bilimsel sonuçlara varılmıştır. Teorik analizler bilimsel uygulamalarla desteklenmiştir. Çalışmalar, düşük enerji ve maksimum verimlilik prensibinin gerçekleştirilmesine dayalı kablosuz sensör ağları üzerinde gerçekleştirilmiştir. Kablosuz sensör ağlari sistemi tasarlandıktan sonra; sensör düğümlerinin enerji tüketimi ve kablosuz ağdaki davranışları test ve analiz edilmiştir. Düşük enerji tüketimi ile sensör düğümleri arasındaki ilişki detaylı olarak değerlendirilmiştir. PIC Tabanlı mikro denetleyiciler sensör düğümlerinin tasarımında kullanılmış ve çok düşük maliyetli tasarım için ultra düşük güçte, nanoWatt teknolojisi ile desteklenen sensör düğümleri tasarlanmıştır. İşleme birimi, bellek birimi ve kablosuz iletişim birimi sensör viii düğümlerine entegre edilmiştir. Tasarlanan sensör düğümünün işletim sistemi PIC C dili ile yazılmıştır ve PIC işletim sistemi nem, sıcaklık, ışığa duyarlılık ve duman sensörü gibi farklı özelliklerin ölçülmesine izin vermiştir. Sensörlerden gelen verilerin merkezi bir konumdan kaydedilmesi ve izlenebilmesi için, C# programlama dili ile bilgisayar yazılımı geliştirilmiştir. Gelişmiş algılayıcı düğümler tarafından alınan kararların uygulanması için yazılım algoritması ve donanım modüllerini içeren karar verme sistemi tasarlanmıştır. Gelişmiş PIC Tabanlı sensör düğümleri, enerji üretimi ve enerji tasarrufu için, güneş enerjisi paneli, şarj edilebilir pil ve süper kapasitör gibi yenilenebilir enerji kaynakları ile benzersiz bir PIC Kontrollü voltaj birimi ile desteklenmiştir. Geliştirilmiş kablosuz sensör ağları sistemi, endüstri uygulamaları, akıllı fabrikalar ve akıllı evler gibi günlük hayat uygulamaları için de kullanılabilecektir. Kablosuz algılayıcı ağlar geniş bir aralıkta kullanılmak üzere tasarlanmıştır. Tezin sonuçları, özellikle yenilenebilir enerji kaynakları ile WSN'nin geliştirilmesine yardımcı olmayı amaçlamaktadır

Energy Harvesting on Pavement: A Review

Rapid urbanization has increased the Malaysian economy’s dependence on imports of fossil fuels such as oil, petroleum, and natural gas for energy output. Excessive use of fossil fuels contributes to high greenhouse gas emissions and this causes climate change and affects the ecological balance. Therefore, energy generation through harvesting technology is much needed to improve the ecological balance. The process for energy harvesting begins with capturing and accumulating the wasted energy then storing it to be used later. According to a study conducted by the World Economic Forum, roads in Malaysia are among the best in the world on par with Korea and better than some of the European countries. Malaysia’s road network that connects the states, districts, and villages are also growing every year for the convenience of the people. Good road structure throughout Malaysia can give benefit the country by using it as an energy source. The energy sources that can be exploited from the pavement are solar radiation, mechanical energy generated from moving vehicles or pedestrians, and geothermal energy. This paper analyzes key issues in pavement energy harvesting and proposing the best energy harvesting technique for Malaysia climate. The keys issues were addressed accordingly and gaps that existed in the field were presented. The outcomes of the review are brief in a concise manner

Perpetual battery life for Machine to Machine communication devices with cellular access

The advent of Machine to Machine (M2M) communication has opened up new avenues for the mobile operators and also for the equipment vendors. The ecosystem of communication is fast emerging in to a new dimension. However to make the new realm of M2M communication feasible, there is a need to reduce the power consumption of these devices. Research is being carried out in several directions to reduce the power consumption. Research work has been done to develop new network topologies, architecture and also improve the electronics and embedded systems to reduce power consumption. This thesis explores the third direction which is concerned with developing a prototype using the existing electronics and cellular access techniques to explore the possibility of improving power consumption. This is concerned also with using energy harvesting for recharging the battery supplies. The development of the prototype is aimed at using a CPU, cellular access device and rechargeable power system to develop M2M device with battery time in terms of years. We will be using the concept of sleeping devices to enable infinite battery times. The aim of the research is to find sleep times which may lead to sufficiently longer battery times and hence provide a prototype of M2M device with energy harvesting solution capable to have independent power source for years