Ind o n es ian Jou r n al  o f   E le ctric a l E n g in ee r ing   and  C o mp u t er  S c ienc e   V ol . 8 No.  3 Dec em be r   20 17 , p p 6 62   6 66   DO I: 1 0. 11 5 91 / i j ee c s .v 8 .i 3 . pp 66 2 - 66 6           6 62       Rec ei v ed   A ug us t   29 20 1 7 ;  Rev i s ed   O c to be r   5,   20 1 7 A c c ep ted   Nov e mb er   23 20 17   Dimin i shi ng  C o nn ec ti v it y   Fail ur es b y   A u t o - Reco nf ig urati on  in WS N       K. G u g an 1 S .V . S a r av ana n 2   1 Res e a r c h  S c h o l a r,  De p a rt m e n o EEEM A M ET  Un i v e rs i ty Che n n a i   2 Dep a rt m e n o El e c tr i c a l   a n d   El e c tr o n i c s  E n g i n e e ri n g  (M a ri n e ),  AM E T  Un i v e rs i ty Che n n a i .       Ab strac t   Th e   Wi re l e s s   Se n s o Net work  i s   o n e   o th e   m o s s i g n i fi c a n p u rp o s e s   b e h i n d   th e   a c c o m p l i s h m e n o l o n g   ra n g e   wir e l e s s   c o m m u n i c a ti o n Fre q u e n t   c o n n e c ti v i t y   fa i l u r e s   a re   o c c u rre d   i n   th e   s e n s o r - o r g a n i s e d   n e two rk   d u e   to   o b s tr u c t i o n s n a g s m e s s a g e   d ro p   b e c a u s e   o n o d e   e n e rg y   d e p l e t i o n o b s t a c l e   a n d   s o   fo rth T h e   to t a l   c o m m u n i c a ti o n   g e ts   c o l l a p s e d   i th e re   a n y   l e s s e n i n g   i n   th e   n a tu r e   o c o r re s p o n d e n c e   o r   q u a l i ty   b e twe e n   th e   s e n s o n o d e s   o r   fro m   th e   s e n s o n o d e s   to   th e   s i n k   n o d e s   a n d   th i s   p ro m p ts   to   c o n n e c t i o n   fa i l u re s To   o v e r c o m e   th e   fre q u e n t   c o n n e c ti v i t y   fa i l u re s   we   p ro p o s e   Dim i n i s h i n g   Co n n e c ti v i t y   Fa i l u r e s   b y   A u to - Re c o n f i g u r a t i o n   i n   W SN  (DC FA).   T h i s   s c h e m e   p ro v i d e s   s te a d fa s t   ro u t e s   to   r e d u c e   th e   c o n n e c t i v i ty  f a i l u re  a n d   i m p ro v e  t h e   n e two r k  p e r fo rm a n c e .       Key w ords Au t o - Rec o n fi g u ra b l e St e a d f a s R o u ti n g W SN.          Copy righ ©  2 0 1 7   I ns titu t e  o f  Adv a nc e Eng i ne e ring  a nd   Sc ie nc e All  righ t s  re s e rve d.       1.  Int r o d u ctio n   W i r el es s   S en s or  Net wor k s   ( W S Ns )   are  us ed   f or  s ev eral   a pp l i c at i on s   b y   em pl o y i n s et   of   m ob i l s en s or  no de s   to  c ol l a bo r at i v el y   m on i tor  an   a r ea   of   i nte r es an tr ac k   c e r tai e v en ts   or  ph en om en a.   W i th  the   m o s el e v at ed   de v el op m en i the   f i el d   of   em be dd ed   c o m pu ter  an d   s en s or  i nn o v at i on W S N,  w hi c i s   m ad ou of   s ev e r al   tho us an ds   of   s en s or  no de s   eq u i pp ed   f or  de tec ti ng ac tu ati ng an ha nd i n g - of f   aa gg r eg ate s tat i s ti c s ha v m ad r e m a r k ab l i m pa c t   al l   o v er  the   pl ac e.  T he s s en s or  no d es   ou gh to  be   s tea df as t,  en er g y   ef f i c i en t,  i m pl an ted   w i t r ec on f i gu r ab l de v i c e.     T he   as s ets   of   the   no d es   ar i l i k m an ne r   c om pe l l ed   as   f ar  as   c om pu tat i on a l   v i t al i t y   of   the   Mi c r oc on tr o l l er  Un i ( M CU) c on tr o l   s ou r c an d   m em or y   s pa c e.   Due   to  the   l i m i ted   en erg y   s up pl y   of   s en s ors en erg y   i s   v er y   s c arc r es ou r c a nd   di r ec tl y   i nf l u en c i n th n et w ork   l i f eti m e.   T he r ef ore,  the   en erg y   ef f i c i en c y   i s   th m os i m po r tan i s s ue   i W S N.  T he   s tr uc ture  of   W S i s   i l l us tr ate d i n f i gu r e. 1             F i gu r e. 1.  S tr uc ture  of   W S N     Wi r e l e s s   S e n s o r   N o d e s   B a s e   S t a t i o n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJE E CS     IS S N:  2 50 2 - 4 75 2     Di m i n i s hi n g Co nn ec t i v i ty  F ai l ures  by   A uto - R ec on f i gu r ati o n i n W S N   ( K . G u ga n )   663   S i nc s en s or  n od i s   t y p i c al l y   ob l i ge i i ts   en erg y c o m pu tat i on   a nd   c orr es po n de nc e   r es ou r c es an   ex pa ns i v s et  of   s en s ors   are  i nc l ud ed   to  gu ara nte r a ng s c op an i nc r em en t   the   f i de l i t y   of   the   ga t he r e d   i nf orm ati on Upo th ei r   s en d i ng no de s   are  r e l i ed   u po t o   r em ai r ea c ha b l to  ea c oth er  f urtherm ore,  f or m s   ne t wor k .   Net wor k   c on ne c ti v i t y   em po wer s   no d es   to   organ i z th ei r   ac ti v i t y   wh i l pe r f or m i ng   tas k an to  f o r w ard  the i r   r ea d i n gs   to  i s i tu  c l i en ts   or  a   B as e - S t ati on  ( B S )  t ha t f i l l s  i n a s  a  pa s s ag e ( ga te wa y )   t o rem ote  war r oo m s .       2.  Rel ated  W o r k s:   In  W S Ns   [1]   c o nn ec t i on   o r   g ath er i ng   of   c on n ec ti o n s   i t he   c om   DCF   A c ti v r a ng or  area  c o ul f ai l   b ec au s e   o f   v ario us   c au s es   s uc h   as   r ad i bl urr i ng ,   s i g na l   a tte nu at i on r ad i o   ob s tr uc ti o n,  ba c k ground   c o m m oti on ,   or  f ai l ure  of   on of   the   s en s or  no de s   th at  ar c on ne c te to   the   c o nn ec t i v i t y T he   m os c on v en t i on al l y   us ed   r ad i m od el   f or  as s oc i ati o f ai l ur es   i wi r e l es s   s y s t em s   i s   ba s ed   on   the   p a th  l os s   m od el   as   the   tr a ns m i tte r   an the   r ec i pi e nt  m ov m ore  di s tan t   DCF   A ted T i m e - Depe nd en Con ne c ti v i t y   F a i l ure  Mo de l   i nc or po r ate s   th c on s i d erati on   of   ba tte r y   r e l e as di s p l a y s en s or  c on tr ol   ut i l i z at i on   i v ari ou s   m od es   an r em ote   c ha nn el   c on di t i o ns T hi s   tr ad i ti on   i n s pe c ts   the   W S ap pl i c a ti o r el en t l es s   qu al i t y   a nd   v i t al i t y   us ag of   tr an s m i tti ng   de t ec ted   i nf orm ati on Hel l o - b as ed   f ai l ure  de tec ti on   [2]   i s   the   pre v a l en t   di s ap po i ntm en t l oc at i o n s y s tem  th at  gi v es  a  l o wer  bo u nd  o n t h e p ac k et  de l i v er y  r ati o . It  c a ptu r es   the   c om pe ti ng   r eq ui r em en ts   of   c on ne c ti on   di s ap p oi ntm en ts f al s l oc at i on ,   an m i s s ed   r ec og ni z a bl da t on   th b ea c on i ng   DCF   A m ete r s Dr awba c k s   o f   thi s   m od el   are  r ou te  r ep ai r ,   qu eu i n l os s es   when   r ou te  m i s f ortune s   w he c ou r s r ev e l at i on   i s   d el a y e an c o v eri ng .   A uto no m ou s   r ec on f i gu r ati on   s y s tem   ( A RS )   i nd e pe nd en tl y   l i gh t en s   the   n ea r b y   c on n ec ti on   i na bi l i t y   to  s af eg ua r the   s y s t em   ex ec uti on   T he   m eth od s   of   S e l f - r ec on f i gu r ab l e   w i r e l es s   m es ne t w ork s  [3 ] i d en t i f i es  a  d el a y e d c o v eri ng  m od el .   D y n am i c al l y   Rec o nf i gu r a bl Rout i ng   P r o toc o l   [4]   w as   i nte n de f or  s ub m erged  S en s or   Net w ork T he   no de s   m us ha v the   c a pa c i t y   t r e - r ou t the i r   pa c k ets   i f   the   de s i gn   of   the   s y s t em   c ha ng es It  i s   m ul ti - ho p   da ta gram   r ou ti ng   pl an   whi c wi l l   of f er  s ol i s u bm erged  wi r e l es s   tr an s m i s s i on   b y   progr es s i v el y   r e - d i r ec ti ng   w h en   ne t wor k   s ett i ng   c ha n g es T hi s   tr ad i t i on   g i v es   the   pe r f ec c ou r s es   f or  e f f e c ti v c orr es po nd e nc of   i nfo r m ati on   wi th  no   i nte r f eren c an grants   de pe nd a bl c orr es po n de nc i ns i de   r es tr i c ted .   No de - c o nn ec ti v i t y   f a i l ures   m a y   l ea v s om areas   un c ov ered  a nd   c orr up t he   l o y a l t y   of   the   g ath er ed   d ata L os i ng   ne t wor k   c on ne c ti v i t y   ha s   an   ex tr em el y   ne ga t i v i m pa c on   t he   ap pl i c ati on s T op ol og y   ad m i ni s tr ati on   t ec hn i qu es   f or  pe r s ev er i ng   n od f ai l ure s   i W S [5]   f oc us   o ne t w ork   top ol o g y   m an ag em en f or   tol era ti n g/h an d l i ng   no de   f ai l ures   i W S Ns F au l t y   s en s or  no d i s   r ec og ni z e b y   c o m pu ti n t he   Roun T r i Del a y     ti m of   di s c r ete   r ou nd   tr i pa ths   an c on tr as ti n th em   w i t l i m i   es tee m  v al u e [ 6] .   F ai l ure  de tec ti on   us i ng   c o un ter  a pp r o ac [7] ex am i ne s   the   f ai l ure  c i r c um s tan c of   c o m m un i c ati on T hi s   ap p r oa c i s   uti l i s e to  r ec o up   f r o m   the   m es s ag fai l ure  at  t he   c i r c u m f erenc no de   an d   the   r ad i us   no de S e l f - c on ne c t i v i t y   B r ea k ag A nn ou nc em en [8]   i ntrod uc ed   r ap i d l y   di s t i ng ui s he s   the   c on n ec ti o break ag es   i order   to  l i m i ti ng   th de f err al   an d   po w er  ut i l i z a t i on In  t hi s   s c he m e,  no d pe r c e i v es   f orthc om i ng   c on ne c ti on   c on n ec ti v i t y   break ag es   i s uc i nt erf ac ed   c on ne c t i on   bre ak ag e   c as es   b y   i m pl em en ti ng   i nn er  de t ec tors   i ns i d of   the   no de   to  d et ec tha c au s b ef ore  the   c on ne c ti v i t y   bre ak ag ac tua l l y   oc c urs   the r e f ore  the   ne i g hb o ur  no de s   c an   prom ptl y   s tart  th e   c ou r s of   r ou te  r ec ov er y   proc es s T hi s   s c he m al s el i m i na tes   the   r ou ti n ov erhe ad H ard w a r ( H W )   Rec on f i gu r ab l No de   w i t No v e l   S c he d ul i ng   [9]   e na b l es   th uti l i z at i on   of   en v i r on m en tal   i m pe r ati v e ne s s   w i t ga t he r i ng   c ares T he   tas k   al l oc at i on   c an   be   arr an ge b y   i m pe r ati v en es s   av ai l ab i l i t y I t hi s   a pp r oa c h,  en erg y   i m pe r ati v e   c an   b s av ed   be c au s on l y   the   m os f r eq ue ntl y   us e tas k s   are  ex ec ute ti m to  ti m on l y   us i ng   the   ha r d war e.  T he   no v e l   s c he du l i n s tr at eg y   i s   us ed   to  i de nt i f y   the   m os v al ua bl ap p l i c at i on   f or  the   r ec on f i gu r ab l ha r d war e.  T he   r ec on f i gu r ab l H W - ba s ed   he terog en e ou s   s y s t em   i s   s ui tab l proc e du r f or  ex ten di n the   g et  r ea d y   l i m i of   s tr uc tures   ho wev er  at  l o wer   i m pe r ati v e ne s s  c os ts . Ho wev er,  thi s   s c he m e p r ov i d es  v ers ati l e c om pl ex i t y .   E ac m ob i l de v i c i the   ne t w ork   i s   c on tr ol l ed   b y   m ul ti - r ol ag e nt  b y   us i ng   th l oc al   i nte r ac t i o ns   c an   be   do ne   us i ng   th pro toc o l   D i s tr i bu ted   S e l f - O r ga ni z at i on   A l go r i thm   ( DS O A ) .   T he   r ol m an ag em en al l o w s   the   s tr e n gth   of   c ha r a c teri s ed   r ec on f i g urat i on   w he t he   n od es   l ea v or  arr i v i to  the   ne t wor k   o f   the   gl ob a l   em ergent   be ha v i ou r E ne r g y   r ed uc t i on   i s   ac hi ev ed   b y   ad a pti ng  t he  t i m e i nte r v al  a nd  tra ns m i s s i on  po w er  on l y  af ter th e n et w ork  f or m ati o n.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                            IS S N:  25 02 - 4 75 2                    IJE E CS   V ol 8 N o.  3 Dec em be r   2017  :   662     6 66   664   3.  Dimin i shin g  Co n n e ctiv i t y  F ail u r es  b y   A u t o - Re co n f igu r atio n  in W S N   In  th i s   s c he m e,  the   s ou r c f l oo d   the   Ro ute   Req ue s ( RREQ)   m es s ag e.  T he ev er y   s en s or  no de s   s c r ee ns   the   na ture  of   i ts   c on ne c ti o b y   c on s i d erin the   Ro ute   Repl y   ( RRE P )   m e s s ag e.    T hi s   i s   e ns urin g   the   c o nn ec t i v i t y   b et w e en   a l l   no d es   i n   th n et w ork T h es no de s   are   s en di ng   th c on ne c t i v i t y   as s oc i ati on   i nf or m ati on   to  t he   s ou r c no de T he th s o urc tr an s m i t s   the   d ata   t r ec ei v er  no d e.   S ec on dl y t he   c on ne c ti v i t y   f ai l ures   c on n ec ti v i t y s   are  d ete c ted   c a us ed   b y   pa c k et  l os s   or  c on ne c ti v i t y s   are  no us ed   y et.   T hi r d l y th i s   f ai l e no d c on s tr uc ts   the   au to  r e - c on f i gu r at i on   p l a an s e n ds   to  the   f orw ardi ng   no de   a nd   i ts   ne i g hb o urhoo no de .     F i na l l y t he s e   no de s   ex ec ute  t he  s e l f  r e - c on f i gu r at i o n p l an   an d  r e - es t ab l i s hm en t o f  r ou te.   Di m i ni s hi n Con ne c ti v i t y   F ai l ures   b y   A uto - Rec o nf i g urati o i W S pe r f or m a nc i s   ex am i ne b y   us i ng   Net wor k   S i m ul ato r - 2.  T he   s i m ul ati on   pa r am ete r s   us ed   f or  DC F A   an D S O A   are  s ho w i T ab l 1.  P erf orm an c ev al u ati on   of   the   DCF A   an DS O A   protoc o l s   are  prov i de d   b y   es ti m ati ng  t he   P ac k et  Del i v er y  R ate P ac k et  Lo s s  Rate   an Del a y   i n  th e  ne t wor k .       T ab l e.1 . S i m ul at i on   pa r am ete r s   P a r a m e t e r   V a lue   C h a n n e Ty p e   W i r e le s s   C h a n n e l   S i m u la t ion   T i m e   5 0   m s   N u m b e r   o f   n o d e s   50   N e t w o r k   int e r f a c e   Ty p e   W i r e le s s P h y   Tr a n s m i s s ion   r a n g e   250m   M A C   t y p e   8 0 2 . 1 1       T he   P ac k et  Del i v er y   Rat e   ( P DR)   i s   the   r ati of   nu m be r   o f   pa c k ets   de l i v ered   to  al l   r ec ei v ers   to  the   n um be r   of   da ta  p ac k ets   s en b y   the   s ou r c no d e.  T he   P DR  i s   c al c ul a ted   b y   t he   eq ua ti o n 1 .           F i gu r e   2 .   P ac k et  Del i v er y  R ate     0 0 n n P a c k e t s R e c e i v e d P D R P a c k e t s S e n t                                                ( 1)     T he   f i gu r s ho w s   the   pe r f orm an c o f   P DR  f or   the   propos ed   s c he m DCF A T h P DR   of   the   LFT m eth od   i s   greate r   th an   th ex i s ti ng   m eth o DS O A T he   greate r   v al ue   of   P D R   m ea ns  th e b ett er perf orm a nc e o f  th protoc o l .   0 50 0 10 00 15 00 20 00 25 00 30 00 35 00 40 00 45 00 10 20 30 40 50 D S OA D CFA Si m u latio n   Tim (m s) P acke  Re ceiv ed   ( b p s) Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJE E CS     IS S N:  2 50 2 - 4 75 2     Di m i n i s hi n g Co nn ec t i v i ty  F ai l ures  by   A uto - R ec on f i gu r ati o n i n W S N   ( K . G u ga n )   665     T he  P ac k et  Lo s s  Rate  ( P L R)  i s  th prop orti o n o f  th e  n um be r  of  pa c k ets  dropp ed   t o t he   nu m be r  of  da ta  pa c k ets  s en t. T he  f or m ul a u s ed   to  c a l c ul ate  th e  P L R i s   gi v en  i n  e qu at i on  2 .     0 0 n n P a c k e t s D r o p p e d P L R P a c k e t s S e n t                    ( 2)           F i gu r 3.   P ac k et  Lo s s  Rate         F i gu r 4.   D el a y  R ate       T he   l os s   r ati of   LFT i s   l o w er  t ha the   ex i s ti n s c he m DS O A   w hi c i s   s h o w i F i gu r 3.  L o w er t he   P LR  i n di c ate s  t he   hi g he r  p erf or m an c e o f  th ne t wor k .     T he   av erag de l a y   i s   de f i ne d   as   the   ti m di f f erenc be t w e en   th c urr en p ac k ets   r ec ei v ed   an the   prev i o us   pa c k et  r ec ei v e d.  It  i s  m ea s ured b y  t he  e qu ati on  3 .       0 n P k t R e c v d T i m e P k t S e n t T i m e A v e r a g e D e l a y n                               ( 3)     0 50 10 0 15 0 20 0 25 0 0 10 20 30 40 50 D S OA D CFA Sim ul at i on  T i m e ( m s) P ac k et  d r p p ed   R ate  ( p ac k et) 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 0 10 20 30 40 50 D S OA D CFA Sim ul at i on  T i m e ( m s) D el ay   ( m s) Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                            IS S N:  25 02 - 4 75 2                    IJE E CS   V ol 8 N o.  3 Dec em be r   2017  :   662     6 66   666   F i gu r s h o w s   tha t he   a v erag de l a y   pe r f orm an c of   the   propos ed   s c he m e,  the   ac hi ev ed   de l a y   v a l u e i s   l o w  f or th e p r op os ed  s c he m e L F T R tha n t he   ex i s ti n g s c he m e DS O A       4.  Co n clus ion :   Di m i ni s hi n Co nn ec t i v i t y   F ai l ures   b y   A u to - Rec o nf i gu r ati on   i W S to  r ed u c e   c on ne c ti v i t y   f ai l ures   i s   pro po s ed   to  o v erc om the   f r eq ue nt  no de   c on ne c ti v i t y   f ai l ures   an t o   prov i de   th s te ad f as da ta  c o m m un i c ati on   am on t he   no d es   i t he   ne t wor k In  W S N,  the   t ota l   c o m m un i c ati on   g et  c ol l ap s ed   i f   the r i s   the   r ed uc t i on   i the   qu al i t y   of   c o m m un i c ati on   b et w e e n   the   s en s or  no de s   or  f r o m   the   s en s or  no de s   to  the   s i nk   no de s   an thi s   l e ad s   to  f ai l ure  of   c on ne c ti v i t y s   th es c a b e   ov erc om b y   us i ng   the   pr op os ed   tec h ni q ue .   T he   s i m ul at i o r es u l ts   are an al y s ed   an d  th e  prop o s ed   DCF A  m ec ha ni s m  ac hi ev es  t he   great er pac k et  de l i v er y  r at e.       Ref er en ce s:   [1]   A .E Z on o u z L.  X i n g,  V . M.   V ok k arane  an Y .L.   S u n .   A   ti me - de pe n de n c on n ec ti v i ty   fai l ure  mo de l   for  wi r e l es s   s en s or  ne twork s .   In   Rel i a bi l i t y   an d   Ma i nt ai na b i l i t y   S y m po s i um   ( RA MS ) 2014 : 1 - 7 .   [2]   V al era,  A .,  &   T an H.  P .   A n al y s i s   of  he l l o - ba s ed   c on ne c ti v i ty   fai l ure  de tec ti on   i wi r el es s   ad   ho c   ne tw ork s In   P ers on a l   I nd oo r   a nd   M ob i l R ad i C om m un i c ati on s   ( P IMR C) 2 01 I E E E   23 r d I n terna ti o na l  S y m po s i um  on 2012 :   66 9 - 67 4 .   [3]   K - H.  K i m   an K .G S hi n S el f - r ec on f i gu r ab l e   wi r el es s   m es ne t w ork s Network i n g,  IE E E / A C M  Tr a ns ac ti o ns  on 20 1 1 ;   19   ( 2 ) : 3 93 - 4 04 .   [4]   Y ou ni s M .,  Le e,  S .,  S en t urk I.  F .,  &   A k k a y a K T op o l og y   m an a ge me nt  tec h ni q ue s   for   tol era ti n n od e   fa i l ure I T he   A r of   W i r el es s   S en s or  Net w ork s S prin ge r   B erl i Hei d el be r g.   20 14 : 2 7 3 - 31 1.   [5]   B A y a z A A l l e an d   M.   W i erc i groc h Dy na m i c al l y  R ec on fi gu r a bl e  Ro uti ng  P r ot oc ol   Des i g n   for Und erw ate r  W i r el es s   S e ns or Netw ork 20 1 4.   [6]   Duc he R.  N.,  &   S ar w a de ,   N.  P S en s or  Nod F ai l u r Dete c ti o B as e on   Ro un T r i Del a y   an P a t hs  i W S Ns S en s ors  J ou r n al ,  IE E E 20 14 1 4(2) :   4 55 - 46 4.   [7]   N.  Rak es h,  an V T y ag i F ai l ure  Det ec ti o us i n Co nto ur  A pp r oa c on   Net wor k   Code DCF A l l e l  Ne t w ork s P r oc ed i E ng i n ee r i n g 2 01 2 ;   3 8:  7 63 - 77 0 .   [8]   H - H.  S h i n,  S L ee   a nd   B - S K i m P erfor ma nc I m prov em e nt  Us i n S el f - C o nn ec ti v i ty - B r ea k ag A nn o un c e me nt   i W i r el es s   A d - ho c   N etwo r k s .   In   Com pu tat i o na l   S c i e nc an E ng i n ee r i n g (CS E ) , I E E E   1 6th  I nte r na ti o na l  Co nf er en c e.  20 13 20 8 - 212 .   [9]   Y Li Z J i a,  S X i e,  an F .   Li u A HW   Rec on fi g urab l Node   w i th   N ov el   S c he d ul i ng   I an   E ne r gy - Har v es ti ng   E nv i r on me nt .   20 13 9(4) .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.