Data Transmission Reduction Schemes in WSNs for Efficient IoT Systems

计算机科学 无线传感器网络 还原(数学) 能源消耗 实时计算 数据传输 算法 希尔伯特曲线 计算机网络 几何学 生态学 数学 生物
作者
Abdallah Jarwan,Ayman Sabbah,Mohamed Ibnkahla
出处
期刊:IEEE Journal on Selected Areas in Communications [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:37 (6): 1307-1324 被引量:77
标识
DOI:10.1109/jsac.2019.2904357
摘要

Spatial and temporal correlation among the generated traffic in wireless sensor networks (WSNs) can be exploited in reducing the energy consumption of continuous sensor data collection. Dual prediction (DP) and data compression (DC) schemes rely on the spatio-temporal correlation to reduce the number of transmissions across WSNs, which leads to conserving energy and bandwidth. In this paper, we present both schemes in a two-tier data reduction framework. The DP scheme is used to reduce transmissions between cluster nodes and cluster heads, while the DC scheme is used to reduce traffic between cluster heads and sink nodes. For both schemes, various algorithms will be studied and compared in terms of accuracy, delay, and transmission reduction percentage. For the DP scheme, neural networks (NNs) and long short-term memory networks (LSTMs) are proposed to perform predictions. The training phase of the NNs and LSTMs is done online which is necessary in the DP scheme. The performance will be compared to popular least-mean-square approaches. Regarding the DC scheme, principal component analysis, non-negative matrix factorization, truncated-singular value decomposition, and discrete wavelet transform will be discussed and compared. This paper focuses on comparative analysis of various data reduction algorithms alongside the proposed ones. Finally, design challenges and open research areas for having more transmission reductions will be presented.
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