I nd o ne s ia n J o urna l o f   E lect rica l En g ineering   a nd   Co m p u t er   Science   Vo l.   9 ,   No .   3 Ma r ch   2 0 1 8 ,   p p 778 ~ 783   I SS N:  2 5 0 2 - 4 7 5 2 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /i j ee cs.v 9 . i3 . p p 7 7 8 - 783          778       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s co r e. co m/jo u r n a ls /in d ex . p h p / ijeec s   A Co m preh ensiv e   Study  a nd   Ana ly sis   o LE AC H  an d H EE D   Ro uting Proto co l s   for  Wir eless  Sen so r Net w o rk s w ith  Sug g estio for  I mpro v e m en ts       G .   Anitha 1 V.   Vij a y a k u m a r i 2 S.  T ha ng a v elu 3   1 De p a rtme n o f   El e c tro n ics   a n d   C o m m u n ica ti o n   E n g in e e rin g ,   S rik r ish n a   Co ll e g e   o f   T e c h n o lo g y ,   Co i m b a to re ,   In d ia   2 De p a rtme n o f   El e c tro n ics   a n d   C o m m u n ica ti o n   E n g in e e rin g ,   Co imb a to re   In sti tu te  o f   En g in e e rin g   a n d   T e c h n o lo g y ,   Co im b a to re ,   In d ia   3 De p ar t m e n t   o f   Co m p u ter S c ien c e   a n d   E n g in e e rin g Am rit a   S c h o o l   o f   En g in e e rin g ,   Co im b a to re ,   Am r it a   V ish w a   V id y a p e e th a m ,   In d ia       Art icle  I nfo     AB ST RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Oct   22 ,   2 0 1 7   R ev i s ed   J an   14 ,   2 0 1 7   A cc ep ted   J an   30 ,   2 0 1 8       T h e   m a in   in tere stin g   a sp e c o f   t h e   d ig it a e ra   is  th e   w id e l y   sp re a d   e a se   o c o m m u n ica ti o n   f ro m   o n e   e n d   o f   th e   w o rl d   t o   th e   o t h e e n d   o f   th e   w o rld .   T h e re   is  a   re v o lu ti o n   in   c o m m u n ica ti o n ,   d ig it a li z a ti o n ,   g lo b a li z a ti o n ,   v id e o   c a ll in g ,   w irele ss   d a ta  tran s f e a n d   th is  is  p o ss i b le  d u e   t o   n e tw o rk in g .   In it ially   c o m p u ter  n e tw o rk is  th e   d a ta  sh a rin g   w h e re   d a ta  su c h   a d o c u m e n ts,   f il e ,   re p o rts,   p re se n tatio n   f il e s,  v id e o s,  i m a g e e tc  c a n   b e   sh a re d   w it h in   a   lo c a n e tw o rk   o re m o tel y   c o n n e c ted   n e tw o rk s.  T r a d it io n a d a ta  n e tw o rk in g   is  to   e m p o w e e n d - to - e n d   in f o rm a ti o n   tran sf e r.   T h e   d a ta  in   su c h   n e tw o rk a r e   c a rried   a c ro ss   p o in t - to - p o i n li n k a n d   th e   i n term e d iate   n o d e ju s f o rwa rd   th e   p a c k e ts,   w h e re   th e   p a y lo a d   o f   th e   p a c k e ts  is  n o m o d if ied .   T ra d it io n a l   LA Ns   n e e d   w ire s,  w h ich   m a y   b e   d iff icu lt   to   se u p   i n   so m e   situ a ti o n s. It  is   v e r y   m u c h   u n d e rsta n d a b le  a n d   c lea rl y   v isib le  th a w ire d   c o m m u n ica ti o n   is   b e in g   c o m p lete l y   o v e rta k e n   b y   w irele ss   tec h n o lo g ies   in   th e   re c e n p a st.  W irele ss   LA Ns ,   b y   it v e r y   n a tu re ,   e m p o we rs  w it h   in c re a s e d   m o b il it y   a n d   f le x ib il it y .   W i - F d e v ice g e c o n n e c ted   to   t h e   in tern e t h ro u g h   WL A a n d   a c c e s p o i n ts.   2 . 4   G Hz   a n d   5   G Hz   IS M   b a n d s   a re   u se d   b y   W i - F i.   A lso ,   it   is  to   b e   u n d e rsto o d   th a t,   a   w irele ss   a d h o c   n e tw o rk   is  d istri b u ted   in   it n a tu re .   It   is  a lso   to   b e   n o ted   th a t,   th e   a d h o c   n a tu re   m a k e th e se   n e tw o rk   to   re l y   o n   a n y   o f   th e   p re - e x isti n g   in f ra stru c tu re .   T h e   d a ta  f o rw a rd in g   sh a ll   h a p p e n   f ro m   th e   n o d e v e ry   m u c h   d y n a m i c a ll y   b a se d   o n   t h e   c o n n e c ti v it y   a n d   th e   ro u ti n g   a lg o rit h m   u se d .   W S N   is  a   w o rth   m e n ti o n i n g   c a teg o r y   o f   a d h o c   n e tw o rk s .   W S N,  a w e   a re   a wa re   o f ,   p ro v id e w irele s c o m m u n ica ti o n   in f ra stru c tu re   w it h in   t h e   se n so rs  f o a n y   c h o se n   d o m a in .   se n so n e tw o rk   is  c o m p o se d   w it h   m a n y   se n so n o d e s f ro m   a   re g io n   w h ich   h a b e e n   c o n si d e re d .     K ey w o r d s :   I n f r as tr u ct u r e   Net w o r k   No d Dep lo y m en t   Wi - FI   W SN   Co p y rig h ©   2 0 1 8   In stit u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e .     Al rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   G.   An it h a   Dep ar t m en t o f   E lectr o n ics a n d   C o m m u n icat io n   E n g i n ee r in g ,   Srik r is h n C o lle g o f   T ec h n o l o g y ,   C o i m b ato r e ,   I n d ia.   E m ail:  a n it h a1 . th a n g a v el u @ g m ail. co m         1.   I NT RO D UCT I O N     T h er ar s o m ch ar a cter is t ics   o r   p r o p er ties   to   b r ec o g n ized ,   w h ich   ar m en t io n ed   b elo w   a.   Mo b ilit y   is   n o t r ea ll y   n ec e s s it y   i n   all  th s ce n ar io s .     b.   T h d en s it y   f ac to r   d o es p lay   r o le  an d   it v ar ies  w it h   d o m ai n   o f   ap p licatio n .     c.   P o w er   f ac to r s   a n d   co n s tr ai n ts   w i th   r e s p ec to   th s en s o r   n e t w o r k s   ar m o r r i g o r o u s   t h a n   t h ad h o c   w ir ele s s   n et w o r k s .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:  2502 - 4752       A   C o mp r eh en s ive  S tu d a n d   A n a lysi s   o f LE A C a n d   HE E R o u tin g   P r o to c o ls   fo r … ( F ir s t   A u th o r )   779   R o u ti n g   is   m eth o d o lo g y   to   t r an s m it  d ata  f r o m   s en s o r   n o d e s   to   b ase  s tatio n   a n d   v ice  v er s a.   R o u ti n g   in   w ir eles s   s en s o r   n et w o r k   is   ch allen g i n g   i s s u b ec au s o f   th f o llo w in g   ch ar ac ter i s tics .   T h f ir s th in g   is   g lo b al  ad d r ess in g   m ec h an i s m   is   n o s u itab le  f o r   s en s o r   n et w o r k s   b ec au s o f   th lar g e   n u m b er   o f   s e n s o r   n o d es.  Seco n d ,   th d ata  r ed u n d an c y   p r o b lem   b ec au s o f   th e   g en er atio n   o f   d ata  b y   s en s o r   n o d es  w h ic h   ar in   th s a m e   v icin it y .   T h i r d ,   s en s o r   n o d es  h av e   m an y   co n s tr ain ts   i n   ter m s   o f   e n er g y ,   s to r ag ca p ac it y   an d   p r o ce s s in g   ca p ac it y   w h ic h   d em an d s   ef f ec ti v r eso u r ce   m a n ag e m e n t.  Fo u r th ,   s e n s o r   n et wo r k s   ar ap p licatio n   s p ec if ic.   Hen ce   th e   r o u ti n g   p r o to co ls   ca n n o t   b f ix ed   b ec a u s t h d esi g n   r eq u ir e m en ts   f o r   n e t w o r k   c h a n g e s   w it h   ap p licatio n .   C o n s id er in g   th ab o v m en tio n ed   is s u e s   m an y   r o u ti n g   alg o r it h m s   h a v b ee n   d esig n ed   f o r   w ir ele s s   s en s o r   n et w o r k s .   R o u tin g   p r o to co ls   ca n   b b r o ad ly   ca teg o r is ed   as   f la r o u ti n g   an d   h ier ar ch ical   r o u tin g   w h i c h   i s   d ef i n ite l y   b ased   o n   t h n et w o r k   s tr u ctu r e.   Flat  r o u ti n g   p r o to co ls   ar o b s er v ed   to   b n o ap t   f o r   lar g s ca le  n et w o r k s .   Hie r ar ch ical  r o u tin g   e m p lo y i n g   c lu s ter i n g   m ec h a n is m   h as  lo o f   ad v an ta g e s   o v er   f lat  r o u ti n g   p r o to co ls .   C lu s te r in g   i s   g r o u p i n g   o f   s e n s o r   n o d es  in to   clu s ter s .   E ac h   clu s t er   ac co m m o d ate s   n o d r eg ar d ed   as  clu s ter   h ea d .   T h clu s ter   h ea d   is   t h o n wh ich   i s   h e ld   r esp o n s ib le  to tall y   f o r   co llectin g   t h in f o r m atio n   a n d   co m m u n ica tin g   th s a m to   th b ase  s tatio n   ap p r o p r iately .   C l u s te r in g   p r o to co ls   ar e   e m p lo y ed   to   p r o v id t h f o llo w i n g   f ea t u r es,  w h ic h   ar r eg ar d ed   as  ch ar ac ter is t ics  a s   w ell   l ik lo ad   b alan c in g ,   en h a n ce d   f a u lt  to ler an ce ,   a m p lif ied   co n n ec tiv it y   a n d   ab r id g ed   d elay ,   i m p r o v ed   n et w o r k   lif et i m [ 1 ] .   So   clu s ter i n g   is   t h m o s t p o p u lar   ap p r o ac h   to   s u p p o r t scala b ilit y   in   W SN s .   W ir eless   Se n s o r   Net w o r k   i s   co m p o s ed   o f   lar g n u m b er   o f   s e n s o r   n o d es.  T h s en s o r   n o d es  ar e   eq u ip p ed   w it h   s e n s in g ,   co m p u tatio n   an d   w ir ele s s   co m m u n i ca tio n   ca p ab ilit ies  [ 2 ] .   T h ese  s en s o r   n o d es  w h ich   ar s p r ea d   o u in   t h f ield   h av to   co llect  t h d ata  a n d   tr an s f er   th s a m e   to   t h b ase  s tatio n .   T h s en s o r   n o d es   ar b atter y   o p er ated   s o   en er g y   is   v er y   i m p o r ta n cr iter io n   th at  h as  to   b tak en   ca r e.   W SNs   h av i n n u m er ab le  ap p licatio n s ,   b u w h ate v er   m i g h b t h ap p licatio n ,   li m i ted   b atter y   p o w er   is   m aj o r   co n s tr ain t h at  h a s   to   b co n s id er ed   [ 3 ] .   T h er ar e   s ev er al  ch allen g es i n   W SN  w h ic h   s h o u ld   b ad d r ess ed .     No d d ep lo y m e n t:   A s   a lr ea d y   m e n tio n ed ,   W SN  co n s i s ts   o f   lar g n u m b er   o f   s en s o r   n o d e s ,   s o   n o d d ep lo y m en t i s   an   i m p o r tan f a cto r   w h ic h   ca n   b d o n m an u a ll y   o r   in   r an d o m   f as h io n .   Data   d eliv er y T h m o d o f   d ata  d eliv er y   v ar ies  ac co r d in g   t o   th ap p licatio n .   I ca n   b ti m d r iv e n ,   ev en t d r i v en   o r   q u er y   d r iv e n .   Hete r o g en eit y I n   m a n y   ca s es   h o m o g e n eo u s   s e n s o r   n e t w o r k   is   co n s id er e d ,   w h er ein   al t h s e n s o r   n o d es  ar p r o v id ed   w i th   s a m e   b atter y   p o w er .   B u f o r   s o m ap p licatio n s ,   f e w   s e n s o r   n o d es  ca n   b eq u ip p ed   w it h   e x tr ca p ac it y   i n   ter m s   o f   en er g y ,   m e m o r y   etc.   Scalab ilit y A   tec h n iq u th at  i s   e m p lo y ed   f o r   n et w o r k   o f   2 0   n o d es  s h o u ld   b s u itab le  f o r   n et w o r k   w it h   i n cr ea s ed   n u m b er   o f   n o d es a ls o .   So   an y   p r o to co l d esig n ed   f o r   W SN sh o u ld   b s ca lab le.   Fau lt  to ler an ce Sen s o r   n o d es  m a y   f ail  d u to   v ar io u s   r ea s o n s   li k b atter y   f a ilu r e,   p h y s ic al  d am a g e   o r   d u to   en v ir o n m e n tal  h az ar d s .   T h is   f ailu r s h o u ld   n o t a f f e ct  th o v er all  p er f o r m a n ce   o f   t h n et w o r k .   Qo S:  B ased   o n   th ap p licatio n ,   th Qo p ar a m eter s   ca n   v a r y .   Fo r   ti m b o u n d   ap p licatio n   d elay   i s   n o ac ce p tab le  a n d   i n   f e w   ap p licatio n s   n et w o r k   li f eti m m i g h b e   th e   p r i m e   f ac to r .   So   b ased   o n   t h e   ap p licatio n ,   Qo p ar am eter s   h av to   b co n s id er ed   an d   th p r o to co ls   h av to   b d esig n ed   in   s u c h   w a y   t h at,   th at  t h Qo S p ar a m eter   h a s   b ee n   ac h ie v ed .       2.   RE S E ARCH   ASP E C T S O F   WSN   T h ch allen g es  in   W SN  p av w a y   f o r   th r esear ch .   R o u t in g   i n   W SN  is   v er y   c h alle n g i n g   tas k   w h er ein   a n   e n er g y   e f f icie n r o u te  h a s   to   b estab li s h ed   f r o m   t h s e n s o r   n o d es  to   th e   s i n k .   Fo r   m ilit ar y   ap p licatio n s ,   s ec u r i t y   i s   an   i m p o r tan f ac to r .   T h co m m u n ic atio n   a m o n g   n o d es  an d   b et w e en   th b ase  s tatio n   s h o u ld   b s ec u r to   m ai n tai n   c o n f id e n tialit y .   M A C   la y er   p r o to co ls   ca n   b d esig n ed   w h ich   r ed u ce s   th en er g y   co n s u m p tio n   b y   av o id i n g   th e   w a s tag e   o f   en er g y   d u to   co ll i s io n ,   o v er h ea r in g ,   id le   lis te n i n g   etc.   No w - a - d a y s   W SNs   ar th b ase  o f   I n ter n e t   o f   T h in g s .   W ir eless   Se n s o r   Net w o r k   ar e   t h e y e s   a n d   ea r s   o f   I OT .   So   W SN  in   I OT   is   an o th er   r esear ch   ar ea .       3.   WSN - CL US T E R I N G   R o u ti n g ,   as  a n y o n w h o   k n o w s   ev e n   t h f u n d a m e n tals   o f   n e t w o r k i n g   ca n   s a y ,   is   o n o f   th e   i m p o r tan tec h n o lo g ies  i n   W S Ns.  B ased   o n   th w a y   t h n et w o r k   i s   s tr u ctu r ed ,   r o u tin g   ca n   b class i f ied   as  f lat  r o u tin g   o r   h ier ar ch ical   r o u ti n g .   I n   f lat   r o u ti n g   p r o to co ls ,   all  t h s en s o r   n o d es  h a v t h e   s a m f u n ctio n al it y   an d   ea ch   an d   ev er y   n o d p er f o r m s   th s a m task .   I e m p lo y s   m u lti h o p   tr an s m is s io n   an d   is   n o s u itab le  f o r   lar g e   s ca le  n e t w o r k s .   Hier ar ch ical   r o u tin g   e m p lo y s   cl u s ter i n g   co n ce p to   ex ten d   t h li f et i m o f   t h s e n s o r     n et w o r k   [ 4 ] .   I h a s   t h ad v a n t ag o f   s ca lab ilit y   w h e n   co m p a r ed   to   f lat  r o u ti n g .   Fe w   ad v an tag es  o f   e m p lo y i n g   clu s ter i n g   m ec h a n is m s   ar as  f o llo w s   [ 5 ] :   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4752   I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci,   Vo l.  9 ,   No .   3 Ma r ch   2 0 1 8   :   7 7 8     7 8 3   780   Scalab ilit y T h s e n s o r   n o d es  ar g r o u p ed   in to   clu s ter s   a n d   in   ea c h   cl u s ter   th C H   p er f o r m s   d ata   ag g r e g atio n   a n d   d ata  tr an s m is s io n   to   B S.  T h is   n et w o r k   i s   ea s y   to   m a n a g an d   is   m o r s ca l ab le.   Data   ag g r e g atio n :   Se n s o r   n o d es  w h ich   ar clo s e   to   ea ch   o th er   h av e   t h p o s s ib ili t y   o f   s en d i n g   r ed u n d an t   in f o r m a tio n   to   C H.   T h C H   ag g r eg ate s   t h e   d ata  th at   is   r ec eiv ed   f r o m   it s   m e m b er s   a n d   t h en   t h e   ag g r e g ated   d ata  is   s e n t to   B S,  th er eb y   s a v es e n er g y   [ 6 ] .   I n cr ea s i n   n et w o r k   li f eti m e:   I n   clu s ter i n g   m ec h a n is m ,   t h n u m b er   o f   lo n g   d is ta n ce   tr an s m i s s io n   r ed u ce s .   T h C Hs   alo n ar r esp o n s ib le  f o r   s en d i n g   t h a g g r eg ated   d ata  to   t h B a n d   t h is   r e s u l i n   s a v i n g   en er g y   to   lar g ex te n t t h er eb y   in cr ea s in g   t h n et w o r k   lif e ti m e.   R ed u ctio n   i n   lo ad I n   h ier ar ch ical  r o u ti n g ,   t h r o u tes  ar e s t ab lis h e d   w it h i n   cl u s ter   b et w e en   s e n s o r s   an d   r o u tes  ar estab lis h ed   b etw ee n   C H s .   T h is   r ed u ce s   th s ize  o f   th r o u tin g   tab le  th at  is   s to r ed   in   s en s o r   n o d es.   R ed u ce d   en er g y   co n s u m p t io n :   T h d ata  ag g r eg atio n   co n ce p t   lead s   to   r ed u ctio n   in   en er g y   b ec au s all   th d ata  t h at  ar s e n t b y   t h s e n s o r   n o d es a r n o t tr an s m itted .   T h r ed u n d an t d ata  ar b ein g   eli m i n ated   a n d   th e   d ata  w h ic h   ar u s e f u alo n a r b ein g   tr an s m i tted   b y   C t o   b ase  s tatio n .   T h is   r ed u ct io n   in   th n u m b er   o f   tr an s m is s io n s   r ed u ce s   t h en er g y   co n s u m ed .   C lu s te r i n g   attr ib u tes:   T h cl u s ter i n g   at tr ib u tes  i n   W ir ele s s   Se n s o r   Net w o r k s   ca n   b lis ted   as  ch ar ac ter is tic s   o f   cl u s ter ,   ch ar ac ter is tics   o f   C a n d   th p r o ce s s   o f   cl u s ter i n g .   T h ch ar ac ter is tics   o f   cl u s ter   in cl u d es  th n u m b er   o f   cl u s te r s   cr ea ted ,   d if f er en m et h o d s   e m p lo y ed   f o r   in tr an d   i n ter   c lu s ter   r o u t in g .   T h ch ar ac ter i s tics   o f   C H   in cl u d m o b ilit y ,   h e ter o g en ei t y ,   a n d   r o le  o f   C H   etc.   T h p r o ce s s   o f   cl u s ter i n g   in cl u d es  t h o b j ec tiv o f   n o d g r o u p in g ,   co m p lex i t y   o f   t h e   alg o r ith m   an d   t h t y p o f   co n tr o m ec h a n is m   [ 5 ,   7 ,   8 ] .       4.   RO UT I N G   P RO T O CO L E M P L O YING   CL U ST E R I N G   M E CH ANIS M   L E A CH :   T h m o s p r o m in e n clu s ter in g   r o u ti n g   p r o to co in   W SN  is   L E AC H.   L o E n er g y   A d ap tiv e   C lu s ter i n g   Hier ar ch y   is   cl u s t er in g   p r o to co w h ic h   in co r p o r ates t h f o llo w in g   f ea t u r es: ad ap tiv e,   r an d o m   an d   s elf - co n f i g u r in g   clu s ter   f o r m a tio n ,   lo ca co n tr o f o r   d ata  tr a n s f er   an d   d ata  ag g r eg a tio n   [ 9] - [ 1 1 ] .   T h s en s o r   n o d es  o r ig in al  d ata  is   n o as  s u ch   s e n to   th B S.  T h d ata  f r o m   all  th s e n s o r   n o d es  ar p r o ce s s ed   w it h in   t h e   clu s ter   lo ca ll y   a n d   th r ed u ce d   d ata  is   tr an s m itted   to   t h e n d   u s er .   T h ef f ec ti v e n es s   o f   th o r ig i n al  d ata  is   k ep t a s   s u ch   a n d   is   tr an s m itted   to   th B S.   I n   th is   p r o to co l,  th s e n s o r   n o d es  g r o u p   t h e m s el v es  i n to   cl u s ter   an d   o n o f   t h s en s o r   n o d es  in   t h e   g r o u p   ac ts   as  C H.   T h n o n - c l u s ter   h ea d   s e n s o r   n o d es  s e n s e   an d   tr an s m it  t h eir   d ata  to   its   o w n   C H.   T h C H   r ec eiv es  t h d ata  f r o m   all  i ts   m e m b er s   an d   p er f o r m s   d ata  ag g r e g atio n   w h er th r ed u n d an d ata  ar eli m i n ated .   No w   t h ag g r e g a ted   d ata  is   s en to   th b ase  s tatio n .   So   th cl u s ter   h ea d   is   in v o lv ed   in   lo n g   d is tan ce   co m m u n icatio n   a n d   h en ce   i w ill  co n s u m m o r e n er g y   w h en   co m p ar ed   to   th o th er   n o r m al  s en s o r   n o d es.  Su p p o s if   th C ar ch o s en   a n d   ar f i x ed   th e n   t h C g et s   d ep leted   v er y   s o o n   a n d   th w h o le  clu s te r   g ets  c u o f f   f r o m   t h B S .   T h is   lead s   to   d ata  lo s s   w h ic h   is   n o t   ac ce p tab le.   Hen ce   L E AC in co r p o r ates  r an d o m   r o tatio n   o f   C H.   So   h er ea c h   an d   e v er y   m e m b er   o f   th e   cl u s ter   b ec o m e s   C at   o n p o i n o f   ti m th er eb y   b alan cin g   t h lo ad .   T h en tire   o p er atio n   o f   L E AC ca n   b class i f ied   in to   t w o   p h ases -   s et  u p   p h ase  an d   s tead y   s tate  p h a s [ 9 , 1 0 ] .   I n   t h s et   u p   p h a s e,   t h cl u s ter s   ar o r g an i s ed   an d   in   t h s tead y   s t ate  p h ase,   th e   d ata   tr an s m is s io n   to   th b ase  s tatio n   o cc u r s .   T h s et  u p   p h ase  in   tu r n   i n clu d e s   ad v er tis e m en p h ase,   clu s ter   s et  u p   p h ase  a n d   s c h ed u le  cr ea tio n .   E ac h   an d   e v er y   s e n s o r   n o d d ec id es  w h et h er   it  ca n   ac t   as  C f o r   th e   cu r r en t   r o u n d .   T h is   d ec is io n   o f   ac tin g   as  C o r   n o d ep en d s   o n   th n u m b er   o f   C H s   th a h as  b ee n   f i x ed   f o r   th n et w o r k .   A   r an d o m   n u m b er   is   ch o s en   b et w ee n   0   an d   1 .   I f   t h n u m b er   is   les s   th a n   th th r esh o ld   T ( n )   th en   h e   n o d b ec o m es t h C f o r   th cu r r en t r o u n d .       (   )   {           (               )                                                                                                                                                                      ( 1 )     w h er e:     =a n ticip ated   f r ac tio n   o f   C n o d es in   th s e n s o r   p o p u latio n .     r =is th cu r r e n t r o u n d   n u m b er .     G= s et  o f   n o d e s   th at  h av n o t b ee n   C H s   in   t h las       r o u n d s .   T h s en s o r   n o d th at  is   ele cted   as  C H,   b r o ad ca s ts   an   a d v er tis e m en t   m ess a g to   al l   th o t h er   m e m b er s   in ti m ati n g   t h at  it   h as  b ec o m e   th C H.   I e m p lo y s   C S M A /M AC   p r o to co f o r   s en d i n g   th e   ad v er tis e m en m e s s a g e .   B ase d   o n   th s ig n al  s tr en g t h ,   th s en s o r   n o d es  d eter m in to   w h i ch   cl u s ter   it  b elo n g s   to .   T h is   in f o r m at io n   is   s en t to   its   C u s i n g   C SM A /M AC   p r o to co l.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:  2502 - 4752       A   C o mp r eh en s ive  S tu d a n d   A n a lysi s   o f LE A C a n d   HE E R o u tin g   P r o to c o ls   fo r … ( F ir s t   A u th o r )   781       Fig u r 1 .   Data   co m m u n icatio n   in   L E AC p r o to co l       On ce   t h C an d   it s   m e m b er s   ar f ix ed ,   t h C cr ea t es  T DM A   s ch ed u le  a n d   th s a m is   s en to   i t s   m e m b er s .   All  t h ab o v ev e n ts   tak p lace   i n   s e u p   p h a s e.   I n   th s tead y   s tate  p h a s e,   th d ata  tr an s m is s io n   o cc u r s .   A cc o r d in g   to   th e   T DM s c h ed u le,   t h s en s o r   n o d es  tr an s m it  t h eir   d ata  to   it s   o w n   C i n   t h allo tt ed   ti m s lo t.  D u r in g   p ar ticu lar   ti m s lo w h e n   o n s en s o r   n o d is   tr an s m itti n g   d ata,   th o th er   n o d es  r ad io   ca n   b tu r n ed   o f f   a n d   t h is   r esu lts   i n   e n er g y   s a v i n g .   On ce   th e   C H   h as   r ec eiv ed   t h i n f o r m atio n   f r o m   i ts   m e m b er s ,   th d ata  i s   p r o ce s s ed   an d   t h ag g r e g ated   d ata  i s   s e n to   th B [ 1 2 ] .   T h is   p r o ce s s   r ep ea ts   ag ai n   a f ter   a   p r ed eter m i n ed   ti m s lo t.  T h p r o s   o f   L E A C ar as   f o llo w s :   I i s   co m p letel y   d i s t r ib u ted   an d   g lo b al  k n o w led g o f   t h n et w o r k   is   n o t r eq u ir ed .   T h clu s ter   h ea d   i s   n o t   f ix ed   a n d   h en ce   lo ad   is   b ein g   s h ar ed   a m o n g   th o th er   s en s o r   n o d es.  T D MA   m ec h an is m   p r ev e n ts   i n t er   clu s ter   co llis io n .   E n er g y   is   b ein g   s a v ed   b y   e m p lo y i n g   m ec h a n is m s   li k d ata  ag g r eg atio n ,   lo ad   b alan cin g   an d   T DM A   m ec h a n is m .   Fe w   co n s   o f   L E AC H   ar as  f o llo w s :   Si n g le  h o p   co m m u n icatio n   b et w ee n   C a n d   B is   n o s u itab le  f o r   lar g s ize  n et w o r k s   [ 1 3 ] .   C elec tio n   is   p r o b ab ilit y   b ased   h en ce   t h C m ig h n o b w el d is tr ib u ted   all  o v er   th n et w o r k .   T h e   th r es h o ld   u s ed   f o r   th s elec tio n   o f   C is   n o f i x ed   b ased   o n   th en er g y   co n s id er atio n s   [ 1 4 ] .   H E E D:   H y b r id   E n er g y   E f f ic ien Dis tr ib u ted   clu s ter in g   al g o r ith m   o v er co m e s   f e w   ad v a n tag e s   o f   L E AC r o u ti n g   p r o to co l.  T h e   clu s ter   h ea d   n o d es  ar n o s el ec ted   r an d o m l y .   T h C i s   el ec ted   b ased   o n   t w o   p ar am eter s t h s e n s o r   n o d e’ s   r esid u al  en er g y   an d   t h i n tr clu s ter   co m m u n icatio n   co s [ 1 5 ] .   T h o p er atio n   ca n   b d iv id ed   in to   3   p h ases : I n itializa tio n   p h a s e,   R ep etitio n   p h ase  an d   Fi n aliza t io n   p h ase.           Fig u r 2 .   Data   co m m u n icatio n   in   HE E p r o to co l       I n   th i n itializa tio n   p h a s e,   ea ch   an d   ev er y   s e n s o r   n o d s e t s   th p r o b ab ilit y   C H pro b ,   o f   b ec o m in g   a   clu s ter   h ea d   b ased   o n   th r esid u al  an d   m ax i m u m   en er g y .                                                              ( 2 )     W h er e:            =in itial  f r ac tio n   o f   C H s   a m o n g   all  s e n s o r s             =Cu r r en t e n er g y   i n   th s en s o r             = m ax i m u m   en er g y   I n   th r ep etitio n   p h ase,   th s e n s o r   n o d f in d s   t h C to   w h ich   it  ca n   tr an s m it  d ata  w i th   m in i m u m   en er g y .   Su p p o s if   s en s o r   n o d h as  n o r ec eiv ed   an y   m e s s ag f r o m   C H,   it  elec ts   it s elf   as  o n o f   th C H.   I Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4752   I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci,   Vo l.  9 ,   No .   3 Ma r ch   2 0 1 8   :   7 7 8     7 8 3   782   s en d s   a   m e s s a g to   all  i ts   n e ig h b o r s   i n ti m ati n g   t h s a m e.   T h s en s o r   n o d ca n   s e n d   t w o   t y p e s   o f   s tat u s   m es s ag e s .   O n is   ten ta tiv e   s ta tu s   w h er t h s en s o r   n o d b ec o m e s   te n tati v C w i th               les s   t h an   1 .   An d   th s e n s o r   n o d h a s   f in a s tatu s   i.e .   it  b e co m es  p er m a n en C w h e n   its               h a s   r ea ch ed   1 .   I n   th e   f i n aliza tio n   p h ase,   th e   s e n s o r   n o d d ec id es th C to   w h ic h   it h a s   to   co n n ec to .   T h s en s o r   n o d tr an s m its   its   in f o r m atio n   to   t h C an d   t h e   C s en d s   th e   ag g r eg a ted   d ata  to   th B in   a   m u lt ih o p   f as h io n .   HE E h as  t h e   f o llo w in g   ad v an tag e s E n er g y   is   co n s id er ed   as  th e   m a in   cr it er ia  f o r   s en s o r   n o d to   b el ec ted   as  C H.   I n ter   C lu s ter   co m m u n ica tio n   is   al lo w ed   t h er eb y   r ed u cin g   lo n g   d is tan ce   tr an s m is s io n   w h ic h   s av e s   en er g y   to   lar g e   ex ten t.  U n i f o r m   d is tr ib u tio n   o f   C ac r o s s   th n et w o r k   i s   p r o v id ed   w h ich   e n s u r es  lo a d   b alan cin g .   So m d is ad v an ta g es   o f   HE E D   ar as  f o llo w s Se v er al  iter atio n s   ar p er f o r m ed   to   f o r m   c lu s t er s   w h ic h   r es u lt s   i n   s ig n i f ica n o v er h ea d   a n d   th i s   co n s u m e s   r ea s o n ab le  a m o u n o f   en er g y   ( T ab le  1 ) .   Few   C Hs   w h ic h   ar n ea r   th e   s in k   g e ts   d ep leted   s o o n   an d   th p r o b lem   o f   h o t sp o t p er s is t s   h er e.         T ab le  1 .   P er f o r m a n ce   C o m p ar is o n   o f   L E AC an d   HE E D   C H A R A C T ER I S TI C S   L E A C H   H EED   I n t r a   C l u s t e r   R o u t i n g   S i n g l e   h o p   S i n g l e   h o p   I n t e r   C l u st e r   R o u t i n g   S i n g l e   h o p   S i n g l e   h o p   a n d   M u l t i   h o p   C l u st e r   o v e r l a p p i n g   No   No   C l u st e r   st a b i l i t y   M o d e r a t e   H i g h   B a l a n c e d   C l u st e r i n g   M o d e r a t e   G o o d   M o b i l i t y   S t a t i o n a r y   S t a t i o n a r y   C l u st e r i n g   p r o c e ss e x e c u t i o n   P r o b a b i l i st i c   I t e r a t i v e   C H   c a p a b i l i t y   D a t a   a g g r e g a t i o n ,   h o mo g e n e o u s   D a t a   a g g r e g a t i o n ,   h o mo g e n e o u s   S c a l a b i l i t y   L o w   M o d e r a t e   En e r g y   e f f i c i e n c y   L o w   M o d e r a t e   D e l a y   V e r y   smal l   M o d e r a t e       5.   CO NCLU SI O AND  F U T U RE   DIR E C T I O N S   R o u ti n g   is   co n s id er ed   to   b o n o f   th m o s i m p o r ta n ch al len g e s   in   W SN.  T h p ar am ete r   w h ic h   i g iv e n   th e   u t m o s p r io r it y   is   en er g y   e f f icie n c y   b ec au s e   t h s en s o r   n o d es   ar b atter y   o p er ated .   T h p o w er   co n s u m p tio n   ca n   b p u u n d er   th r ee   ca te g o r ies:   Se n s i n g ,   C o m m u n icatio n ,   an d   d ata  p r o ce s s in g .   Am o n g   t h es e   co m m u n icatio n   ta k es  u p   m o s o f   th en er g y .   So ,   it  is   v er y   i m p o r tan to   r ed u ce   th en er g y   co n s u m ed   f o r   tr an s m is s io n   w h ic h   w ill  i n   t u r n   in cr ea s th n et w o r k   li f eti m e.   Hen ce   r o u tin g   p r o to co s h o u ld   b d esig n ed   i n   s u c h   w a y   t h at  n et w o r k   li f eti m o f   W SN  i n   in cr ea s ed .   Mo r eo v er ,   clu s ter in g   r o u ti n g   alg o r it h m s   p r o v to   ca ter   to   th n ee d s   o f   W SN.   I n   th is   p ap er ,   th ch alle n g e s   in   W SN,  r esear ch   asp ec ts   o f   W SN,  an d   th e   ad v an ta g es  o f   cl u s ter i n g   h av e   b ee n   d is c u s s ed .   T w o   i m p o r tan cl u s ter i n g   r o u ti n g   p r o to co ls ,   n a m el y   L E AC H   an d   HE E D,   h a v b ee n   d is c u s s ed   in   d etail  a n d   co m p ar ed .   HE E p r o v id es  a   g o o d   b alan ce d   clu s ter i n g   w h e n   co m p ar ed   to   L E AC a n d   al s o   e m p lo y s   m u l tih o p   i n ter - clu s ter   r o u ti n g   w h ich   p av e s   wa y   to   i n cr ea s e   th e   lif eti m o f   th n et w o r k .   So   w h e n   r o u tin g   i s   e m p lo y ed   f o r   lar g s ca le  n et w o r k s   it  i s   a d v is ab le  to   g o   f o r   m u lti h o p   in ter - cl u s ter   r o u t in g .   T h ab o v m e n tio n ed   p r o to co ls   d o es  n o co n s id er   t h co n ce p o f   m o b ili t y   o r   h eter o g e n eit y .   T h er ar lo o f   ap p licatio n s   w h ich   e m p lo y s   m o b ile  n o d es,  s o   t h d esi g n er   ca n   co n s id er   th e   co n ce p o f   n o d m o b ilit y   w h ile  co n s tr u cti n g   clu s ter ed   r o u tin g   p r o to co l.  No d h eter o g en ei t y   is   a n o th er   in ter esti n g   co n ce p t,  w h ich   i s   u s ed   to   s av th en er g y   co n s u m p tio n   o f   t h n et w o r k   th er eb y   i m p r o v in g   th e   n et w o r k   li f eti m e.   So ,   d ep en d in g   o n   t h ap p licatio n   o f   W S N th c h ar ac ter is tic s   o f   cl u s te r in g   p r o to co h as  to   b ch o s en   i n   s u ch   w a y   t h at,   th at  t h r o u ti n g   p r o to co m ee ts   t h n ee d s   o f   t h ap p licatio n .   T h s a m e   co n s id er atio n s   ca n   b g i v e n   f o r   I o T   o p e r atio n s   as  w e ll  [ 1 6 ] .   I w o u ld   b m o r c h alle n g i n g   w h e n   clo u d   an d   I o T   g ets alo n g   w h er r o u ti n g   also   h as to   b d o n e   [ 1 7 ] .         RE F E R E NC E   [1 ]   Na v d e e p   Ka u r,   Da l v e e Ka u G re w a l,   S h a sh Ka n S h a n k a r.   T y p ica a n d   a typ ica h ier a rc h ica ro u ti n g   p r o to c o ls  fo W S Ns: A   re v iew.  In tern a ti o n a C o n f e re n c e   o n   Co m p u ti n g ,   C o m m u n ica ti o n   a n d   A u to m a ti o n   (ICCCA),  2 0 1 6   [2 ]   Ak y il d iz  I. F . ,   W e il ian   S u ,   S a n k a ra su b ra m a n ia m   Y.   a n d   Ca y irci   E.   A   su rv e y   o n   se n so n e tw o rk s.  IEE E   Co mm u n ica ti o n s M a g a zin e ,   2 0 0 2 ,   Vo l.   4 0 Iss u e   8 p p .   1 0 2 - 1 1 4 .   [3 ]   S a ty a m   G u p ta,  G u n jan   G u p ta.  S im u latio n   T i m e   a n d   En e rg y   T e st  f o T o p o lo g y   Co n stru c ti o n   P r o t o c o in   W irele ss   S e n so Ne tw o rk s.   In d o n e sia n   J o u rn a o El e c trica l   En g in e e rin g   a n d   In f o rm a ti c s ( IJ EE I)   Vo l.   3 ,   No .   2 ,   Ju n e   2 0 1 5 .   [4 ]   F a tem e h   Ha k i m i fa r,   S e y e d - Am in   Ho ss e in i - S e n o ,   M o h a m m a d   Ho s se in   M o a tt a r,   T h a ir  A l - Da la’in ,   Ra h m a Bu d iarto .   A d a p ti v e   En e rg y - a wa re   Cl u ste Ba se d   Ro u ti n g   P r o t o c o f o r   M o b il e   A d   Ho c   Ne tw o rk s.  T EL KOM NIKA  ( T e lec o mm u n ica ti o n   Co mp u ti n g   El e c tro n ics   a n d   C o n tro l) , Vo l. 1 3 ,   No . 2 ,   Ju n e   2 0 1 5   [5 ]   X u x u n   L iu A   S u rv e y   o n   Clu ste r in g   Ro u ti n g   P r o to c o ls  i n   W irele ss   S e n so Ne tw o rk s.  2 0 1 2 ,   S e n s o rs 12 ( 8 ),   1 1 1 1 3 - 1 1 1 5 3 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:  2502 - 4752       A   C o mp r eh en s ive  S tu d a n d   A n a lysi s   o f LE A C a n d   HE E R o u tin g   P r o to c o ls   fo r … ( F ir s t   A u th o r )   783   [6 ]   Da sg u p ta  K.,   Ka lp a k is  K.,   a n d   Na m jo sh P .   A n   Ef f ici e n Clu ste rin g - Ba se d   He u risti c   f o Da t a   Ga th e rin g   a n d   Ag g re g a ti o n   in   S e n so Ne tw o rk s.  IEE W ire les s Co mm u n ica t io n s a n d   Ne tw o rk in g ,   2 0 0 3 .   [7 ]   J.N.  A l - Ka ra k i,   A . E.   Ka m a l.   Ro u ti n g   tec h n i q u e i n   w irele s se n so n e tw o rk s:  a   su rv e y .   IEE W ire les s   Co mm u n ica ti o n s ,   2 0 0 4 ,   Vo l u m e 1 1 ,   Iss u e 6 ,   6 2 8 .     [8 ]   X u x u n   L iu .   A   t y p ica l   Hie ra rc h i c a Ro u ti n g   P ro t o c o ls  f o W irel e ss   S e n so Ne t w o rk s:  Re v ie w .   IEE S e n so rs   J o u rn a l ,   2 0 1 5 ,   Vo l u m e 1 5 ,   Iss u e 1 0 ,   5 3 7 2 5 3 8 3 .   [9 ]   W .   He in z e l m a n ,   A .   Ch a n d ra k a sa n ,   H.  Ba lak rish n a n .   En e rg y - e ff icie n c o mm u n ica t io n   p ro t o c o fo wire les mic ro se n so r n e two rk s .   P r o c e e d in g   o f   th e   Ha wa ii   In tern a ti o n a Co n f e r e n c e   S y ste m   S c ien c e s,  Ha wa ii ,   Ja n u a ry   2 0 0 0 .   [1 0 ]   He in z e l m a n   W . B. ,   Ch a n d ra k a sa n   A . P .   a n d   Ba lak rish n a n . H.  A n   A p p li c a ti o n - S p e c if ic  P r o t o c o A rc h it e c tu re   f o W irele ss   M icro se n so Ne tw o rk s.  IEE T ra n sa c ti o n o n   W ire les s C o mm u n ic a ti o n s,  2 0 0 2 ,   6 6 0 - 6 7 0 .   [1 1 ]   S a ra y u P o o lsa n g u a n ,   Ch a k c h a S o - In ,   Ka n o k m o n   Ru ji ra k u l,   Ka n o k p o r n   Ud o m p o n g su k .   An   e n h a n c e d   c lu ste h e a d   se lec ti o n   c riter io n   o L E ACH  in   wire les se n so n e two rk s.   In tern a ti o n a J o in t   Co n f e re n c e   o n   Co m p u ter  S c ien c e   a n d   S o f tw a r e   En g in e e rin g   (JCSS E),   2 0 1 6 .   [1 2 ]     Kh a li d   Ha se e b ,   Ka m a lru ln iza m   A b u   Ba k a r,   A b d u Ha n a n   A b d u ll a h ,   T a sn e e m   Da r w ish ,   F a se e   Ullah ,   A d n a n   A h m e d .   I m p ro v e d   En e rg y   Aw a re   Clu ste b a se d   Da t a   Ro u ti n g   S c h e m e   f o W S N.  T EL KOM NIKA  ( T e lec o mm u n ica ti o n   Co mp u ti n g   El e c tro n ics   a n d   C o n tro l),   Vo l. 1 4 ,   No . 2 ,   Ju n e   2 0 1 6   [1 3 ]   K.  A k k a y a   M .   Yo u n is.   A   su rv e y   o n   r o u t in g   p r o t o c o ls  f o w irele ss   se n so n e tw o rk s.  Ad   Ho c   Ne tw o r k s ,   2 0 0 5 ,   v o l.   3 ,   p p .   3 2 5 - 3 4 9 .   [1 4 ]   Y.  L i   L .   Din g   F .   L iu .   T h e   imp ro v e me n o L EA CH  p ro to c o i n   W S N .   P r o c e e d in g o f   th e   In tern a ti o n a Co n f e re n c e   o n   Co m p u ter S c ien c e   a n d   Ne tw o rk   T e c h n o lo g y ,   2 0 1 1 ,   p p .   1 3 4 5 - 1 3 4 8 .   [1 5 ]   Yo u n is ,   S   F a h m y .   HEED:  a   h y b rid ,   e n e rg y - e ff icie n t,   d istri b u te d   c lu ste ri n g   a p p r o a c h   f o a d   h o c   se n so n e tw o rk s.  IEE T ra n sa c ti o n o n   mo b il e   c o mp u ti n g ,   2 0 0 4 ,   v o l 3 no 4 pp 3 6 6 - 3 6 9 .   [1 6 ]   V e lu sa m y ,   K a u sh ik ,   De e p th Ve n k it a ra m a n a n ,   S h riram   K.  V a su d e v a n ,   P ra k a sh   P e rias a m y ,   a n d   Ba lac h a n d ra n   A ru m u g a m .   " In tern e o f   th in g s i n   c lo u d . "   J o u rn a o E n g i n e e rin g   a n d   A p p li e d   S c ien c e s   8 ,   n o .   9   ( 2 0 1 3 ):  3 0 4 - 1 3 .   [1 7 ]   G o p in a th ,   P . G .   a n d   V a su d e v a n ,   S . K.,   2 0 1 5 .   A n   in - d e p th   a n a lys is  a n d   st u d y   o L o a d   b a l a n c in g   te c h n iq u e in   th e   c lo u d   c o mp u ti n g   e n v ir o n me n t .   P r o c e d ia Co m p u ter S c ien c e ,   5 0 ,   p p . 4 2 7 - 4 3 2 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.