Energy Balancing Algorithms in Wireless Sensor Networks

Fojcik, Marcin; Øvsthus, Knut; Kure, Øivind

doi:10.15439/2015f67

Cited by 5 publications

(4 citation statements)

References 22 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Order By: Relevance

“…Parent selection is the vital function of the RPL that plays an important role in avoiding the early depletion node while maintaining the performance of the transmission. Currently, the parent selection can be categorized into single selection [15][16][17][18][19][20][21][22][23] and multiparent solution scheme [24][25][26]. Traditionally, parent selection of RPL determines the single immediate parent by considering only a single metric, i.e., residual energy or expected transmission count (ETX).…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

“…erefore, the early depletion node occurs. On the other hand, although the parent selection based on residual energy [19,20] balances the workload perfectly, high PDR and low latency cannot be met since the low quality parent is selected. Later, several techniques [21][22][23] are proposed to address the issues by taking energy into account.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

See 1 more Smart Citation

Empowered Hybrid Parent Selection for Improving Network Lifetime, PDR, and Latency in Smart Grid

Srisomboon

Dindam

Lee

2021

Mathematical Problems in Engineering

View full text Add to dashboard Cite

To support the constraints of smart meters—low power and memory—of AMI network, RPL is considered as the most suitable routing protocol to be implemented in practice. Network lifetime, PDR, and latency are the critical issues to be focused on and addressed. Generally, single parent selection scheme cannot satisfy all expected performance requirements of RPL based on AMI network due to tradeoff between workload balancing and transmission performance, PDR and latency. Moreover, the single parent also suffers from the package size and transmission range. Then, multiparent solution is proposed to overcome these demerits using multipath transmission strategy. Although the existing multiparent solutions, MELT and MAHP, overcome the issue of transmission performance, they present low network lifetime since multiparent solution consumes high energy in data transmission. In this paper, we propose an “empowered hybrid parent selection (EHPS)” that exploits the merits of multiparent solution and the single parent with cognitive radio technology in a hybridizing scheme. To split the data packet efficiently under multipath transmission strategy, a fuzzy AHP (FAHP) is adopted; therefore, EHPS balances the workload effectively and maximizes the network lifetime over long transmission range and large data size. Moreover, by exploiting cognitive radio, EHPS is flexible to the transmission range and data size since it achieves the highest transmission performance, highest PDR, and lowest latency among others, while maintaining high network lifetime.

show abstract

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Empowered Hybrid Parent Selection for Improving Network Lifetime, PDR, and Latency in Smart Grid

Srisomboon

Dindam

Lee

2021

Mathematical Problems in Engineering

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…Therefore, it has to be mentioned that when a battery of a meter depletes, the data of the meter and its dependent meters cannot reach the DCU. This is one of main issues of AMI networks known as a network partitioning [16].…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Multicriteria Parent Selection Using Cognitive Radio for RPL in Smart Grid Network

Kheaksong

Srisomboon

Prayote

et al. 2018

Wireless Communications and Mobile Computing

View full text Add to dashboard Cite

To maintain reliability of advanced metering infrastructure network in smart grid, data sent from a smart meter must reach a data concentrator unit efficiently. Parent selecting mechanism in routing protocol for low-power and lossy (RPL) is a key to maintain the reliability by balancing workload of meters in the network. In this paper, a parent selecting mechanism with three criteria including expected transmission count, residual energy, and expected transmission time is proposed to improve workload balancing and lifetime differences of all meters. A meter selects an immediate parent based on three factors. From simulation results, parents’ workload is better balanced and the lifetime of all meters in the network is depleted nearly at the same time. Moreover, a simulation with cognitive radio enabled meters, where data can be transmitted on a licensed channel opportunistically when the channel is not utilized, shows an improvement in the packet delivery ratio.

show abstract

“…In cases where energy consumption does not be dominated by a single factor, the term "load" can be directly related to the energy consumption itself [128,68]. The term is usually encountered as energy load or energy consumption load [129,130,131].…”

Section: B43 Energy Consumption Loadmentioning

confidence: 99%

Energy aware routing in wireless sensor networks

Δεμερτζής¹

View full text Add to dashboard Cite

Αυτή η διατριβή ασχολείται με μεγάλης κλίμακας, πολλά-προς-ένα Ασύρματα Δίκτυα Αισθητήρων και το πρόβλημα της εξισορρόπησης του φορτίου και της κατανάλωσης ενέργειας. Τα δίκτυα αυτά αποτελούνται από έναν μεγάλο αριθμό αισθητήρων-κόμβων, οι οποίοι καλύπτουν μια γεωγραφική περιοχή. Σκοπός του δικτύου είναι η συλλογή των μετρήσεων σε ένα σημείο του δικτύου, για παράδειγμα σε κάποιον σταθμό βάσης, επίσης γνωστό ως απορροφητή (sink). Λόγω των περιορισμένων πόρων, οι κόμβοι πρέπει να χρησιμοποιούν τους γείτονές τους προκειμένου να επιτύχουν την επιδιωκόμενη λειτουργικότητα. Αντί να μεταδίδουν απευθείας στον απορροφητή, κάτι το οποίο θα απαιτούσε ισχυρό ενισχυτή στη κεραία, μεταφέρουν τα δεδομένα από κόμβο σε κόμβο με την μέθοδο των πολλαπλών-βημάτων (multi-hop). Αν τα δεδομένα ταξιδεύουν ασυμπίεστα τότε οι κόμβοι πιο κοντά στον απορροφητή είναι υποχρεωμένοι να μεταδίδουν περισσότερα πακέτα απ' ότι οι πιο απομακρυσμένοι, γι' αυτό μένουν από ενέργεια πολύ σύντομα. Αυτό το θέμα είναι γνωστό ως ενεργειακή οπή (energy hole) και προκαλείται από την άνιση κατανομή του φορτίου λόγω αυξημένης κυκλοφορίας (traffic) ανάμεσα στις διαφορετικές περιοχές του δικτύου.Η έννοια του φορτίου είναι κομβικής σημασίας στα μεγάλης κλίμακας ασύρματα δίκτυα αισθητήρων, όπου οι κόμβοι συνήθως σκορπίζονται τυχαία, αφού η τοποθέτηση σε συγκεκριμένες θέσεις δεν είναι μια πρακτική επιλογή. Λόγω αυτής της τυχαιότητας είναι απαραίτητο να χρησιμοποιούμε μέσες τιμές για σχεδόν όλα τα μεγέθη του δικτύου, με το φορτίο να μην αποτελεί εξαίρεση. Όμως, ένας συνεπής ορισμός για το μέσο φορτίο δεν είναι προφανής, αφού το φορτίο του κάθε κόμβου και η θέση του είναι τυχαίες μεταβλητές. Η υπάρχουσα βιβλιογραφία παρακάμπτει την τυχαιότητα με το να υπολογίζει την μέση τιμή μεταξύ κόμβων που έτυχε να βρεθούν ο ένας κοντά στον άλλο, μέσα σε μικρές περιοχές. Αυτή η προσέγγιση είναι ανεπαρκής, επειδή η μέση τιμή φορτίου μιας επιφάνειας είναι και αυτή τυχαία μεταβλητή και επίσης δεν μας επιτρέπει να χειριστούμε μεμονωμένα σημεία. Αυτή η διατριβή παρέχει έναν ορισμό για την μέση τιμή του φορτίου μιας επιφάνειας, βασισμένη στο στατιστικό μέγεθος της αναμενόμενης τιμής, ενώ η μέση τιμή φορτίου ενός σημείου θεωρείται ως το φορτίο μιας επιφάνειας που μειώνεται (ή συρρικνώνεται) σ' αυτό το σημείο. Αυτοί οι νέοι ορισμοί εφαρμόζονται στην περίπτωση του φορτίου κυκλοφορίας (traffic load) στα δίκτυα πολλαπλών-βημάτων. Ένα ενδιαφέρον αποτέλεσμα δείχνει ότι το φορτίο κυκλοφορίας αυξάνεται σε βήματα. Η απλούστερη μορφή αυτού του αποτελέσματος είναι το σταθερό βήμα, το οποίο καταλήγει σε μια αναλυτική έκφραση για το φορτίο κυκλοφορίας. Μια σύγκριση με μερικά πραγματικά δίκτυα (μέσω προσομοιώσεων) δείχνει ότι τα περισσότερα απ' αυτά περιγράφονται με ακρίβεια από το μοντέλο σταθερού βήματος.Η άνιση κατανομή του φορτίου κυκλοφορίας είναι ένα φαινόμενο που εμφανίζεται σε πολλά επίπεδα. Εκτός από το γνωστό πρόβλημα της ενεργειακής οπής, δηλαδή, οι κόμβοι κοντά στον απορροφητή καταναλώνουν πολύ περισσότερη ενέργεια απ' ότι οι πιο απομακρυσμένοι, το οποίο μπορεί να θεωρηθεί ως μια καθολική διακύμανση του φορτίου, υπάρχει επίσης μία ακόμα πιο έντονη διακύμανση του φορτίου κυκλοφορίας ανάμεσα σε κόμβους με την ίδια απόσταση από τον απορροφητή, η οποία μπορεί να περιγραφεί ως μία τοπική διακύμανση του φορτίου. Αυτή η άνιση κατανομή του φορτίου, τόσο καθολικά όσο και τοπικά, έχει ως αποτέλεσμα τη πολύ μεγάλη μείωση του χρόνου μέχρι ο πρώτος κόμβος να μείνει χωρίς ενέργεια μπαταρίας. Αυτή η διατριβή προτείνει μία μέθοδο εξισορρόπησης του φορτίου των κόμβων που ισαπέχουν από τον απορροφητή, μοιράζοντας την κυκλοφορία κάθε κόμβου μεταξύ των κόμβων του επόμενου βήματος (next hop nodes). Τελικά τα πακέτα ταξιδεύουν από τον κάθε κόμβο προς τον απορροφητή ακολουθώντας πεπλεγμένες διαδρομές. Ο προτεινόμενος μηχανισμός δρομολόγησης, ο οποίος ονομάζεται δρομολόγηση πλεξούδα (braided routing), είναι απλός και μπορεί να εφαρμοστεί πάνω σε οποιαδήποτε δρομολόγηση βασισμένη σε κόστος, προκαλώντας ασήμαντη επιβάρυνση (overhead). Αποτελέσματα προσομοιώσεων δείχνουν ότι η τοπική διακύμανση του φορτίου μειώνεται κατά 20-60% κατά μέσο όρο, ενώ ο χρόνος μέχρι τον πρώτο θάνατο κόμβου μπορεί ακόμη και να διπλασιαστεί σε μερικές περιπτώσεις και ο χρόνος ζωής αυξάνεται κατά 15% περίπου. Δρομολόγηση προσανατολισμένη στην ενέργεια είναι ένα δύσκολο έργο, λόγω της ύπαρξης της ενεργειακής οπής. Λαμβάνοντας υπόψη την αδυναμία διαδρομής (path impotence), δηλαδή, μία μετρική βασισμένη στην απόσταση μετάδοσης και στο υπόλοιπο ενέργειας της μπαταρίας του κόμβου, προτείνεται σ' αυτή την εργασία μία προσαρμοζόμενη δρομολόγηση η οποία επιτρέπει τους κόμβους να επιλέγουν διαφορετικό πατρικό κόμβο για να προωθήσουν τα πακέτα δεδομένων τους προς τον απορροφητή. Μια μεγάλη διαφορά από τις συμβατικές προσεγγίσεις είναι ότι η αδυναμία διαδρομής καθορίζεται από τον πιο αδύναμο κόμβο, αντί για το άθροισμα της μετρικής κατά μήκος της διαδρομής. Λόγω αυτού του τρόπου υπολογισμού η προτεινόμενη πολιτική διαδίδει τις τιμές της αδυναμίας διαδρομής σε όλο το δίκτυο πολύ αποδοτικά, με μικρό επιπλέον κόστος μηνυμάτων (για παράδειγμα δεν χρειάζεται συνεχώς κατασκευή δέντρων δρομολόγησης). Το πλήθος των μεταδιδόμενων μηνυμάτων (δηλαδή, η επιβάρυνση) διερευνάται αναλυτικά σ' αυτήν την διατριβή και επιπλέον δείχνεται αναλυτικά ότι δεν μπορούν να υπάρξουν αδιέξοδα. Αποτελέσματα προσομοιώσεων χρησιμοποιούνται για να αξιολογήσουν την προτεινόμενη πολιτική σε σχέση με άλλες οκτώ παρόμοιες πολιτικές που εμφανίζονται στην βιβλιογραφία. Αποδεικνύεται ότι όταν η επιβάρυνση λαμβάνεται υπόψη (για παράδειγμα, η ενέργεια που καταναλώνεται όταν μεταδίδεται ένα μήνυμα, παρόμοια με την μετάδοση των πακέτων δεδομένων), τότε η προτεινόμενη πολιτική αποδίδει καλύτερα από τις άλλες πολιτικές, κάτω από συγκεκριμένες συνθήκες σχετικά με το μέγεθος των μηνυμάτων συγκριτικά με το μέγεθος των πακέτων δεδομένων.

show abstract

Energy Balancing Algorithms in Wireless Sensor Networks

Cited by 5 publications

References 22 publications

Empowered Hybrid Parent Selection for Improving Network Lifetime, PDR, and Latency in Smart Grid

Empowered Hybrid Parent Selection for Improving Network Lifetime, PDR, and Latency in Smart Grid

Multicriteria Parent Selection Using Cognitive Radio for RPL in Smart Grid Network

Energy aware routing in wireless sensor networks

Contact Info

Product

Resources

About