Indonesi an  Journa l  of  El ect ri cal Engineer ing  an d  Comp ut er  Scie nce   Vo l.   13 ,  No.   3 ,  Ma rch   201 9 , p p.   1 2 0 8 ~ 1 220   IS S N: 25 02 - 4752, DO I: 10 .11 591/ijeecs .v1 3 .i 3 .pp 1 208 - 1 220          1208       Journ al h om e page :  http: // ia es core.c om/j ourn als/i ndex. ph p/ij eecs   Multi ple  e rror  c orre ctio n  towards  o ptim isation o f  e nergy    in  s ensor   n etwork       Sa mi r ah   R az ali , K am aruddi n Mam at , Nor  Shahniz a  K am al Ba sh ah   Facul t y   of  Com pute r and  Ma them at ic a l  Sci ences,   Univer si ti T e ch nolog y   of  MA R A,   Shah  Al am, M al a y s ia       Art ic le  In f o     ABSTR A CT    Art ic le  history:   Re cei ved   S ep   1 5 , 201 8   Re vised  D ec  10, 2 018   Accep te d Dec  25, 201 8       H y brid  ARQ   (HA RQ)  is  among  the   opt imum   err or  cont rols  impl emente d  i n   W ire le ss   Sensor  Network  as  it   red uce s  the   over h e ad  from   ret ran sm ission  and  err or  cor r ec t ing  code s.  Th e  adv a nce m ent   in  W SN   inc lude s  th e  u sage   of  high   num ber   of  nodes  and  the   in crease   in  tr aff i c  with  l a rge   data  tra nsm itted  among  the   node s  h ad  conc ern ed   th e  nee d  for  a  n ew  appr oa ch  in  er ror  cont ro l   al gorit hm .   Th is  pape r  proposed  t he  m ult ipl e  err or   cor rec t ion  base d  on  HA R Q   proc ess  to  ai d  th e  cha nges  in  ch a nnel   with  prope r   err or  cor recti on  assig nm ent   towar ds  opti m i s ing  the  per form anc es  of   W SN   in  term s  of  bit   err or  ra te s ,   remai ning  ene rg y ,   and  la t ency   f or  diffe ren t  t y p e s  of  conge stion  and  cha nne l  condi ti ons .   In  thi s  stud y ,   we   have   deve lop ed  the   cha nn el  ada ptatio n   al gorit hm   that  c an  ada pt  to  sudden   cha ng es  an d  demons tra te d  the   opti m al  err or  cor re ct ing  code s  as  well   a s  adj ustm ent   on  the   tra nsm it   po wer  for  the  give n  ch anne l  c ondit ion  and  co ngesti on  pre sen t ed.   From   the   res ult   anal y s ed ,  the   opt imis at ion   bet we en  th e  r e m ai ning  en erg y   and  Bit   Err or   rates  h appe n ed   on  the   b asis  of  ada pt ing  to  the s e  different   cha n nel   cond it ion   an d  conge stion   to  m ini m iz e  red undanc i es  appe n ded.   From   the   result   obta ined,  we  conc lud ed   tha t  b y   using  m ult iple  err or  cor r ec t ion  al gori thm  with  the   ai d  of  adj ustm en t   on  the   tr ansm it   powe r,   the  rema ini ng  en erg y   c an   be  opti m ised  to get her   wi th   Bit   E rror  r at es   a nd  the e x ce ss ive  red undancie s  can be   r educed.     Ke yw or d s :   HA R Q   Kalm an  f il te r   Rem ai nin g  en e rg y   SN R  c ha nn el   a dap ta ti on   W i reless  s e nso r  n et w ork   Copyright   ©   201 9   Instit ut e  o f Ad vanc ed   Engi n ee r ing  and  S cienc e .     Al l   rights re serv ed .   Corres pond in g  Aut h or :   Kam aru ddin M a m at ,    Faculty  of Com pu te r  an d  Ma them a ti cal  Scie nces,   Un i ver sit i Tec hnology  of MARA,   Sh a h Alam , M al ay sia .   Em a il : ka m ar@tm sk .u itm .ed u.m y       1.   INTROD U CTION     The  Wireless   Sensor   Net wor k  ( WSN)  is   ve ry  cr ucial   in   m on it ori ng  fiel d  su c h  as   ha bitat   m on it or in g,  env i ronm ental ,  agr ic ultu ral,  m ilit ary,  and   tracki ng   fiel d.   Re centl y,  ther e  are  so m e  e m erg i ng   a pp li cat ion s  of   WSN  in  bi g  da ta   [1 ] , [ 2]  an d  internet  of  th ing s  (IoT)   [3 ] , [ 4].  T he  existi ng   te c hnology   of   WSN  crit ic al ly  ben e fits  in  te r m s   of   cost,  sc al abili ty ,  and   al so   pro vid e  s upports  to wards  hum an - w ork  co ns trai ned   w he n  m on it or ing da nger ous  places s uch as  natu ral  disaste rs  a nd  unf rien dly en vir on m ents [5] .    As  W S N  is   energy - c onstrai ned   a nd   e rror - pro ne,   resea rc her s  hav e  est a blishe d  m any  m et ho ds   a nd  ways  to  overc om e  these  pro bl e m s.  Re search es  bac k  the n  pr ov i ded  the  m eth od  t o  re duce  energy  c on s umpti on   thr ough  cal ibr at ing   or  a dju st ing   the  t ran sm issi on   powe r  s uch   a s  by  est im at ing   the  Si gn al   to  N oise  Ra ti o   (S NR )  [ 6]  and  Re cei ved   Sig nal  Stren gth   I ndic at or   RSS I  [ 7]  us in g  Kalm an  Fil te r  (K F )  in  order   to  a dju st  the   transm issi on   powe r.   T he  im portant  as pect  of   high  er ror   rates  in  a  net work   ca nnot  be   cast   asi de  al though   m ini m iz ing   t he   ener gy  usa ge  us in g  transm issi on   po wer   c ontr ol  (TPC)  is  an  eff ect ive  m et hod  to  m a intai n  the   li fetim e   as  hig h  error   rates  cause  retra ns m is sion   to  fl ood  the  netw ork  an d  this  consum es  m or e  energy.   Thu s ,   the  pro blem   o f  high  e nergy  us a ge  nee ds   to  be  ta ckle d  a longside  with  high  er ror  rate s.  In   a ddit ion ,   so m e  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci     IS S N:  25 02 - 4752       Multi ple err or   correcti on tow ar ds  op ti mis ation of e ner gy  i n sens or   netwo r k ( Samirah  Ra za li )   1209   te chn iq ues   in  i m ple m enting  error  co rr ect io n  sc hem es  suc h  as   H ARQ   ind i rectl y  reduce  e rror  rate s  a nd   po s sibly   reduc e  the  energy  con s um ption   by   reducin g  the  f loodin g  of  retr ansm issi on   in  a  congested  ne twork .  T her e   are   relat ed  st ud ie s   on   the  e ff ect  of HARQ   with   BC H  in   Co de d  Di visio n  M ulti ple  Acess   (C DM A) WS N   towa rd s  the e rror rates a nd e ne rg y c onsu m ption   [ 8 ] , [ 9].    The  auth ors  re ported  on  hi gh  Bi t  Err or   Ra te s  (BER)  at   low  hop  co unt.  Th us,  the  arch it ect ur e  or  node   dep l oym ent  con trib utes  to  the   increase  in  er r or   rates  or   pac ket  corrupti on  in  the  pr e sence   of   inter fer e nc es  and   no ise s   pa rtic ul arly   w hen  the   nodes   are   locat ed  within   the  t ran sm issi on   ra ng e   of  oth e r  node s.  Pr act ic al ly ,  the  nodes  a re  us ua ll y  dep loye d  i n  a  n on - unif or m   m ann er  f ollowi ng   the   ge ogra ph ic al   str uctu r e.  Th us ,   there   can  be   var ia ti ons  of   node   de ns it ie s  in  on e  m on it ori ng  area.   Mo re ov e r,   a pa rt    f r om   interfer e nc es  an d  sig nal  f adin g,  the  cha nn el   c onditi on  m igh t  change  ov e r  ti m e  du e  to  re fl ect ion s  a nd   refra ct ion s  of  sig nals  an d  al so   m igh t  be  con t rib uted fr om   the h ar dwar e it sel f.  Thus , t he  im ple m enta ti on   of  e xisti ng  error co rr ect io n  sc hem es  m ig ht not   be  reli able  as   diff e re nt  le vels   of  c ongestio ns  m igh t  pr e sen t  in  on e   m on it or i ng  area   wit h  s udde n  c ha nges  of  int erf e ren ce s  and   no ise   ov e r  tim e.  The  wo r k  of  [10]  intr oduce d  the  m ulti - cod i ng   sc he m es  fo r  WSN   wh e re  diff e re nt  cod i ng  schem es  wer e  i m ple m ente d  at   the  nodes   and   the  sin k.  Ba sed  from   t his  li te ratur e,  it   was   dem on strat ed  t hat  the  m ulti - c od i ng   sc hem es  increase d  the  l ifet i m e  of   a  ne twork .  H ow e ve r,   f ur t her   st udie s  on  the  opti m al   cod ew ord   le ngth   an d  e rror  co rrec ti ng   ca pa bili ty   that  corres ponds   to  t he  presence  of  no is es  are   need e d  i n orde r  to  full y op ti m iz e the e nergy  us a ge  a nd er ror  rates  in  a  n et work.    Diff e re nt  co di ng  schem es  and  er ror  c orrecti ng  capa bi li ty   will   app end  dif fe ren t  nu m ber   of   redu nd a ncies  to  the  tra ns m itt ed  bits.  Ba se d  on   our  pre vious  stu dies  [ 11 ] - [ 13] ,  we  de m on strat ed  tha t  hig h  redu nd a ncy  co ns um ed  too   m uch   e nergy  in  decodin g  the  t ran sm it te d  data.  Me an w hile,   a  network   with  ba d  conditi on  a nd  high  e rror  rate s  m igh t  no t  ab le   to  handle  la rg e   num ber   of  erro neous   bits   due  t o  the   rel at ively  low  er r or   c orre ct ing   capa bili ty .  Thus,  in  t his  pap e r,   we  propose d  the  a pp ro ac h  to  op ti m iz e  the  energy  us a ge  with  BER   by  m od ify ing   the   Hyb rid  ARQ   (HARQ )  proc ess  ai de d  wit h  m ult i - cod i ng   schem es  and   powe r   con t ro l  that  c an  ada pt  to  th e  changes  in  channel  co ndit ion   that  wer e  est i m at ed  as  SN R  us i ng  K F.   Our  pro po se d  al go rithm   m erit s  on   it s  ca pa bili t y  to  a dap t  t o  the  c hanges   in   SN R   in  w hic h  e ver y  SN R   range  descr i be  di ff e r ent  erro r  co rr e ct ion   use d  a nd   transm it   po we r  cal ibrati on  to   m ini m ise   the  higher  redu nd a ncies   wh e n  t hese  e xc essive  r ed unda ncies  are   not  need e d  i n  bette r  S NR  c onditi on   a nd  vice  ve rsa.   T ra ns m it   powe r   cal ibrati on  ai de d  t o  re du ce   the  inter fe ren ce s  an d  no ise s  i n  no isy   c hann el   wh e n  S NR  is  low  as   the  r at io  of   no ise s  will   rise  the  BER   sh ar pl y.  W e  pr ese nt ed  the  com par i so ns  betwe en  our  propose d  al gorithm   towards  the   increase  in  pe r form ances  with  the  existi ng  error   c orrecti on  us e d  in  Sect ion   3  in  w hich  we  able  to  re duce  high  BER  in  lo w S NR c onditi on a nd m ai ntain r em ai nin g  e nerg y i n  hi gh S NR  conditi on.       2.   RESEA R CH MET HO D   The  dev el op m ent  of  Mult ipl e  Error  Co rr e ct ion   (MEC )  consi sts  of   se ver al   m et ho ds.  First,  we  pro po se d  the  MEC   al go ri th m s   based   on  t he  Hy br id  AR Q  ( HA R Q)   process.  Seco nd,   we  ai de d  the  al gorithm   by  cal ibrati ng  the  transm it  powe r  accor di ng   to  the  ME C  assigne d  for  dif fer e nt  error   c orrecti ng   cod e s  at   diff e re nt  SN R   range.  Last ly ,  we  inte gr at ed   Kalm an  Fil ter   ( KF )   to  est i m at e  th e  SN R  values  for  in com ing  transm issi on   in  order   t o  a void  w ron g  assi gn m ent  of  er r or   c orrecti ng  cod e s  to wards   the  s udde n  c hangin g  env i ronm ent o f  CDMA   WSN.     Figure  1  sho w s  the   ch ron ologica l  de velo pm ent  of  our  propose d  al gorithm .  W e  al s o  c arr ie d  ou t  t hr e e   diff e re nt  pr el i m inary  exp e rim ents  com pr isi ng   the  sim ulati on   of   C DMA  WSN  with  no  error   c orrecti on,  with  a  range  of  low  e rror   co rr ect in g  capab il it y,  and   with  a  range   of   high  erro r  correct ing   ca pa bili ty .   W e  sel ect ed  BC H  and   RS  cod e s  as  the  error   c orrecti ng  cod es  in  our  al gorithm   based   on  the  prel im inary  exp eri m ents  wh e re  BC H  an d  RS  cod es  op t i m iz ed  the  per f or m ance  of   CDMA  WSN   co m par ed  to  the  Conv olu ti onal   Cod es   [11 ] , [ 12] .  S ome   stu dies  al s o  agr ee d  t hat  the   RS  [14]   a nd  BC H  c od es   [ 15]   are   am on g  oth e r  op ti m u m   er ror   correct ing   c od es  wh ic h  pr ov i de  reli abili ty   du ri ng   tra ns m is sion.  From   our  prel i m inary  te sti ng   [11 ] - [ 13] ,  we  ob s er ved   t hat  in  a  lo w  SN R  c onditi on   with  high  BER ,  the  us e  of  lo w  er ror  co rr ect in g  ca pab il it y  m igh t  no t  be   able  to  so l ve  the  pro blem   of   high  BER .  Me anwhil e,  the  us e  of  high  er ror  co rr ect in g  capab il it y  caus ed  th e   pro blem s  of   in crem ent  in  ene rg y  c onsu m ption  as w el l  as  la te ncy . W e  al so  f ound  that  m edium   err or  c orr ect ing  capab il it y  fo r  t he  high  S NR  conditi on   m igh t  be  able  to  optim iz e  BER   per form ance  as  well   as  the  re m a ini ng   energy.  Be sid es  that,  the  us e  of   co deword   le ng th  co rr es pondin g  to  th e  nu m ber   of   gen e rated  bits  in  the  netw ork  is al s o crit ic al . H ig he r nu m ber s  of c od e w ord  le ng t hs   (m or e tha n 127 ) prom ote m or e energy u sage.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci,   Vo l.   13 , N o.   3 ,  Ma rc h 201 9   :   1 2 0 8   –   1 2 2 0   1210       Figure  1.  Ch rono l og y  of the  develo pm ent o f  Mult iple Er ror C orrecti on ( M EC)       Fr om   this  obs erv at io n,  we   c on cl ud e d  t hat  there  is  t he  ne ed  to   use   m ulti ple  cod i ng  s chem es  fo r  diff e re nt  ra nge   of  S NR.  We  al so   c on si der e d  s om e  of   othe r  relat e d  w or ks   [16]   w hic h  dem on strat ed  t ha t  the   m ul ti - cod in g  i s  m or e  ene rgy - eff ic ie nt.  Ba sed  on  this  de du ct io n,   we  pro po se d  the  SN R  cl assifi c at ion  al gorithm   in  adap ti ng  t o  the   changes  of  c hannel  c onditi on.  T his  al gori thm   fo ll ow s  th e  existi ng   pro cess  of  HA R Q  in whic h  we  m od ifie d t he  al gorithm  t o  be   in j ect ed w it h  MEC   m od ul e and  transm i t  p ower m od ule . W e  al so   integrate d  Kal m an  Fil te r  (K F )  to  est i m at e  the  SN R  va lues  to  av oid   a ssign i ng   wrong  erro r  correct ion   du e   to sudd e n  cha nges in a  noisy  ch an nel. Som e  f ie ld test s  [17 ] - [ 19]   obse rv e d t hat the sign al   i m pair m ents is  tim e - var yi ng.   I n  a  ti m e - var yi ng  c onditi on,  t her e   is  a  need  to  c on ti nu ously   trac k  the  c ha ng es   w it hin   the   cha nn el   as  sign al s  f re qu e nt ly   attenu at ed,   ref le ct ed ,  an d  r efr act ed .  I n  ad diti on ,  t he  ha rdwar e  it sel f  m ig ht  be  a   co ntri buti ng   factor  to  t he  changes   in  S NR  as  dif fer e nt  no des   giv e s  out  diff e ren t   SN R.   T hus,  channel  est im at ion   i s   su bst antia l t o  e ns ure t hat prop er error c orrect ing  c odes assi gned  to  a  de fine d  S NR r a nge  w hich  c orres ponds to   the  sudd e n  c ha ng e s  in  S NR  w hen   t her e  a re  tr ansm issi on s  be tween  nodes  in   any  giv e n  ti m e.  KF   is  am ong  the  com m on   sta te   est i m at or   wit h  a dv a nta ges  su c h  that  l ow  com plexity   com par ed  to  othe r  filt ers   [ 20 ]   and  it s   capab il it y  to  pro vid e  bette r   est i m ation   f or  Ga us sia n  a nd  li near   m od e ls,  and   li m i ted   no n - li nea rity .   W e   integrate d  KF   pr i or   t o  ge ne ra ti ng   data  an d  a fter  the   dec oding  proce ss.  In  order  to  m ini m iz e  the  com pu t at ion al   ov e r head   of   KF   eq uat io n,   we  m od ifie d  the  ACK/ NA C K  m essage  wh ic h  ap pe nd   t he  SN R  val ue   of   the  est i m ation   init ia te d  to  the   tr ansm itted  bits  from   the  sen der.  T his  is  to   ack nowled ge   the  recei ver  on  the   pr e vious  est im at ion   val ue  a nd  to  pr e par e  t he   transm issi on   if  there  a re  s udde n  c hanges  i n  S NR  val ue  s o  that  the  possibil it y  in  assig ning   wro ng   e rro r   correct in g  c od e s  is  re du c ed  if  the   sen der   i niti at es  ano t her  transm issi on .      2.1.   SNR  Clas sific at i on   to w ards   th e  Adap tatio n to the  Chan ges  in  C h anne l Conditi on   We  di vid e d  th e  m et ho dolo gy  into  t w o  f ollo wing  so l utio ns  based   on  the  un s ol ved   pro ble m s  of   hi gh   BER   and  the  pro blem s  fr om  high  e nergy  us a ge  an d  high  la te ncy  du e   to  the  im ple m entat ion   of  hi gh  er r or  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci     IS S N:  25 02 - 4752       Multi ple err or   correcti on tow ar ds  op ti mis ation of e ner gy  i n sens or   netwo r k ( Samirah  Ra za li )   1211   correct ing  ca pa bili ty   (F igure  1).  I n  m et ho d  1,   we   pro pose d  the  c ha nn el   ad aptat ion  al gorit hm   b ased   on  H ARQ   process  a nd  cl assifi ed  the  ra ng e  of  SN R .  We  cal culat ed  the  ra ng e  of   S NR  f or   our  predefi ned   t opol og ie s  of  rand om   un ifo r m   no de  distribu ti on  a nd  ra ndom   non - unifo rm   no de   dis tribu ti on.   A   r andom   un if orm   no de   distrib ution   c onsist s  of   la ye re d  topolo gy   wit h  ra ndom   no de   scat te ring   ar ound  the  sin k  w it h  un if or m   distance  of   10  m   betwe en  eac h  node.  Me anwhil e,  th e  ra ndom   non - un i form   distribu ti on  co ns ist s  of  la ye red   t opologie s   wh e re  the  dis ta nce  betwee n  nodes  va ried   between   10 – 100  m .  The  SN R  was  cal culat ed  f ol lowi ng   the   sta nd a rd ise d  e qu at io n bel ow   [21] :        (  ) =  −    (1)     w he re      denotes  the  receive d  sign al   po wer   wh il e     denotes   the  noise   po wer   in  w hich  that    is   m easur ed   in   unit s  of  powe r  ( Watt s  or  m il l i watt s).   Exte nd i ng  the  f or m ula,  the  sig nal  po wer  can   be   obt ai ned  us in g  F riis T ra ns m issi on  equa ti on  as  sho wn in E quat ion ( 2)  [22] :     P  =   ( P T   G T   G R ) ( λ 2 ) ( 4π R ) 2   (2)     w he re  P T   is  tra nsm it   po we r,   G T   is  the  gai n  of  tra ns m it   antenn a,   G R   is  the   gai n  of  receivi ng  ante nn a ,  a nd  R  is   the d ist a nce  be tween  sen der a nd r ecei ver .  T he  noise  power,     is cal culat ed f ollow i ng E qu at ion   ( 3)   [ 23 ] .     N 0 = k T s   B   (3)       w he re  k   de note s the B oltzm ann co ns ta nt,   T s   deno te s the syste m  t e m per at ure, a nd  B   de no te s  the  band width.   Fr om   the  cal c ulati on ,  we  ob ta ined  the  act ual  SN R  that  fo ll ows  our  predefi ned   arc hi te ct ur e  an d  par am et ers  as  sh ow n  in  Ta ble  1  (S ect io n  2. 3).  W e  ext racted  an d  ap plied   the  cal culat ed   values  int o  th e  pr e - bu il t  syst e m   id entifi cat ion   m od e l  usi ng  MATL AB.  From   the  extracte d  data,  we  ob ta i ned   the  m at rices  from   the  best  fit  m od el   us ing   the  input - outp ut  m od el   fr om   the  syst e m   identific at ion  too l;   m a tric es  A  ( - 0.236 468303 4960 98),   B  ( 0.113 429553 384058 ),   an d  C  ( 3.594 501242 4461 3).  Table  1  sho ws  the  e xtracted  inf or m at ion   of  act ual  SN R  a longside  with  the  est i m at ed  SN R  obta ine d  us in g  Kalm a n  Fil te r  eq uation  as   sh ow n  in  E qu a ti on   (4)  a nd E quat ion ( 5).     X k   =     A x k − 1 +     B u k − 1 + w k − 1   (4)     = +     (5)     w he re  A   is  the  s ta te   transiti on   m od el   app li ed  to  the  pr e vi ou s   sta te   x k − 1 ,  B   is  the  con t ro l - i nput  m od el   app li e d  to  the   co ntr ol  vecto r   u k − 1 ,  an d  w   is  the  process   noise .    de note s  the  obse r vatio n  m od el   wh ic h  m aps  the  true  sta te  s pace  into  t he obse r ved s pace a nd   .   Table  1  s hows   the  act ual  SN R   obta ined   wit h  the  est im a te d  SN R  values   aft er  we  hav e   cal culat ed  t he   m easur em ent  and   i nnovat ive   gain  f r om   KF   eq uation.  We  then  div ide d  the  SN R  range  into  five  di sti nct  gro up s:  S NR lw  (S NR  l ow est )  with  the  range  of   S NR v  ≤  5 ,  SN R l  (SNR  lo w)   with  6  ≤  S NRv   ≤  20,  SNR m  (S NR  m edium )  with  21   ≤  S NR v  ≤  35,  S NR h  (SN R  High)  with  36   ≤  S NR v  ≤  50,  an d  SN R hg   (S NR  highest)   wh e re   SN Rv  ≥  51.  Ba sed  on   pr e vious  stu dies  a nd  real - tim e  te stin g  [24] ,  m os t  stud ie s  a gr ee d   that  the  li nk   i s  in  a   good  qu al it y  w hen  the  S NR  va lue  is  m or e  th an  40   dB.  Th us,  we  set   the  be nch m ark   of   S NR  in  high  c onditi on   (S NR h )   w hich   is  con si der e d  as  good  li nk  qual it y.  Accordi ng   to  t he  stu dy   [25] ,  SN R  va lue  belo w  5  dB  is  consi der e d  as   bad  li nk  qual it y  as  the  Pac ke t  Deli ver y  Ra ti o  ( PD R )  is  ze r o.   Acc ordin g  t o  s om e  stud ie s,  S NR  al on e  is  no t  s uffici ent  to  in dicat e  co ng est i on   w hen   high  nu m ber   of   nodes  pr ese nt  in   on e  m on it ori ng   a rea .   Th us ,  we  im ple m ented  the  congesti on  det ect ion   base d  on  inc reasin g  node   de ns it y  as   a  net wor k  wi ll   be  congeste d  w he n  node   de ns it y  increases  a bove  certai n  po i nt.  A  netw ork   is  assum ed  to  be  co ng e ste d  wh e n  there  are  m or e  than  32  node s   in  on e  gi ve n  area  base d  on  a  pr e vious  stu dy  [26] .  The  P DR  an d  thr oughputs   st arted  to  decre ase  ind ic at in g  co ngest io n  as  the  no de  de ns it y  reaches   45.  T her e fore ,  we  no ti ce d  that  th e   netw ork  sta rted  to   c ongest  w hen  it   reac he d  48  nodes   f or  our  pr e - def i ne d  to polo gy  ( 30 0  m   x  300  m )  of  the  m on it or ing  are a.  We  e xten de d  t he  cl asses   f r om   pr e vi ous  S NR  r an ge  m entioned  wh e re  we  i nd ic at ed   t hat  th e   netw ork  is  e xtr e m el y  con gest ed  ( EC)  wh e n  the  no de  de ns it y  is  m or e  tha n  27.92 53,  m edium   con geste d  (MC)  wh e n  t he  ra nge  of  node   de nsi ty   is  betwee n  16.75 52  a nd  22. 3402,   an d  non - co ngest ed   ( NC)  w hen  th e  no de   densi ty  is less t han 11. 1701.         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci,   Vo l.   13 , N o.   3 ,  Ma rc h 201 9   :   1 2 0 8   –   1 2 2 0   1212   Table  1.  T he  val ues of  act ual  SN R a nd esti m at ed  S NR  with  increasin g dist ance  betwee n nodes   Distan ce ( m )   Tr an s m it  Power  ( d B m )   Actu al SNR  (dB )   Esti m at ed  SNR  (dB )   10   0   4 1 .97 6 4   4 1 .98 4 3   20   0   3 1 .44 0 3   3 1 .44 8 2   30   0   2 5 .27 7 1   2 5 .28 5 0   40   0   2 0 .90 4 3   2 0 .91 2 2   50   0   1 7 .51 2 4   1 7 .52 0 3   60   0   1 4 .74 1 1   1 4 .74 9 0   70   0   1 2 .39 7 9   1 2 .40 5 8   80   0   1 0 .36 8 2   1 0 .37 6 1   85   0   9 .44 6 7   9 .45 4 6   90   0   8 .57 7 9   8 .58 5 8   100   0   6 .97 6 4   6 .98 4 3       2.2.   Sele ction  of  the  Op timal Err or Co rrec tin g Codes  an d  Tr an smit  P ower   Me thod  2  wa s  div ide d  int o  three  s ub - m e thods  of  Me thod  2.1,  Me thod  2.2,  a nd   Me thod  2.3 .   Fo ll owin g  the  cl assifi cat ion   of  SN R  ra nge  in   Me tho d  1,   we   si m ulate d  the  error   c orrecti on  co des  of   BC H  an d  RS  with  a  var i et y  of   error   co rr ect in g  capa bi li ti es  su ch  that  1  ≤  t  ≤  10 .  W e  i m ple m ented  two  ty pes  of   error   correct ing   c odes  (BCH  an d  RS  cod es )  f ollo wing  the  ra ng e   of   co dewo rd   l eng t h,   n  denot ed  as  15   ≤  n   ≤  127  f or  rand om   un iform   distribu ti on   and   63  ≤  n  ≤   127  f or   ra ndom   no n - unif orm   no de  distri buti on.  The  ide a  is  to  si m u la te   each  error   c orrecti ng  co de  in  obta inin g  the  m os t  op ti m al  cod e  with  co rr es pondin g  co dewo rd  le ng t h  and   e rror   c orre ct ing   capa bili ty   in  or de r  to  a dap t  to  diff e re nt  channel  co ndit ion s .  For  in sta nce,  our  pro po s ed  al gorithm   i m pl e m ented  high  error  co rr ect in g  ca pab il it y  f or  lo wer  S NR  t o  si gn ific a ntly   re du ce   the  t oo  high  BER   w her eas   for  a   go od  net work  c onditi on,  we   im ple m e nted  a  m uch   lo wer  er ror  c orre ct ing   ca pa bili t y.  Th e   reason  is   that  wh e n  t he  S NR   co nd it io n  is  good  ( good  BE R  perf or m ance),   t oo  hi gh  er ror  c orrec ti ng  ca pab il it y  m igh t no t be  ne cessary as retr ansm issi on  is enou gh  to  s olv e  the er r or s . Th i s r ed uces th e over hea d  of  e nc od i ng  and d ec odin g p ro ces ses  of the  ECC  as w el l as  the lat ency ca us e d by the c om pu ta ti on  of t hat ECC .    Table  2  an d  Ta ble  3  s how  t he  li st s  of   te ste d  BC H  an d  RS  with  res pecti ve   cod e w ord  le ngth  a nd  er r or   correct ing  ca pa bili ty .  The  c od e s  wer e  sim ula te d  with   CDMA  WSN   to  st ud y  t he   eff ect s   of  B ER  an d  rem ai nin g  ene r gy  as  well   as  l at ency  an d  to   fin d  the   m os t  op ti m al   err or  c orrecti ng  co de s  f or   e ve ry   ra nge  of   SN R  that  ha d  been  cl assifi ed .  W e  al s o  a dded  the  t ran sm i t  power  cal ibr at ion   to  our  pr opos e d  al go rithm   to  m axi m iz e  re m ai nin g  ene rg y  and   re du ce   no ise s  in  co nges te d  area  (Met hod  2.2).  I n  a   conde ns e d  ne twork   wh e re  the  no des  are  s o  cl os e  with  eac h  oth e r  a nd   ha ving  a  good   range  of   tra ns m issi on   coverage ,  i m ple m enting hig h  tra ns m it  p ow e r  m igh t n ot  b e  necessa ry.       Table  2.  T he  L ist  o f Si m ulated  BC H  codes   Er ror  Co rr ectin g   Co d es   n   k   Er ror  Co rr ectin g   Cap ab ilities, t   BCH   7   4   1   15   5   3   31   26   1   31   16   3   31   11   5   63   57   1   63   45   3   63   24   7   63   18   10   127   120   1   127   92   5   127   64   10   255   247   1   255   179   10   511   502   1   511   466   5   511   421   10     Table  3.  T he  L ist  o f Si m ulated  RS  co des   Er ror  Co rr ectin g   Co d es   n   k   Er ror  Co rr ectin g   Cap ab ilities, t   RS   7   3   1   15   11   2   15   5   5   31   27   2   31   13   9   31   11   10   63   59   2   63   45   9   63   43   10   127   123   2   127   113   7   127   107   10   255   251   2   255   235   10   511   507   2   511   499   6   511   491   10         In   a ddit ion,  in this  co ndense d  netw ork,  the nod e s  m igh t  be  interfe rin g  with  the   tran sm iss ion  r an ge  of   ano t her  nod e s  [8 ] , [ 9] .  T his p r om otes  the  inc rease  in  i nterf e ren ces an d  no i ses  an d  ye t  the r ed uctio n  of  tr ansm i t   powe r  m igh t  be  a ble  to  red uc e  the  Mult iple  Access  In te r fer e nce  (MA I)  fr om   the  CDMA  arch it ect ure.  I n  a  conde ns e d  network  wh e re  ge ner al ly   the   hi gh  nu m ber  of  node s  with  high   tran sm i t  powe r  m igh t  le ad  t he   MAI   to  pea k  [27 ] , [ 28] ,  cau sin g  the   pac ket  to  be  c orrupted   an d  i ncr ease   the  BE R.  The  re du ct i on   i n  tra ns m it   powe r  m igh t  be  able   to  sli gh tl y  incre ase  the  rem ai ni ng   e nergy  [29]   and   the or et ic a ll y  m igh t  be  ab le   to  red uce  M AI   as  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci     IS S N:  25 02 - 4752       Multi ple err or   correcti on tow ar ds  op ti mis ation of e ner gy  i n sens or   netwo r k ( Samirah  Ra za li )   1213   well .  H ow e ver,  we  al so   s ugge ste d  that  the  transm it   po wer   reducti on  m us t   be  opti m a l  as  too   m uch   re duct i on   of  tra ns m i t  power  will   al so  c auses  pac ket  dro p  as   the   sig na l  powe r  decr e ases  w he reas  t he  distance   bet wee n  nodes  in  the  non - ra ndom   un i form   distribu ti on   in crease  to  100  m .  The  transm it  po we r  can  be  cal culat ed  by  us in g  the  Fr ii s  Transm issi on   equ at io n  s how n  in  Eq uatio n  ( 2).  E qu at io n  (6)   denotes  the  si m pl if ie d  eq uation  t o  ob ta in  tra ns m it pow e r fr om  the r ecei ve d  si gn al  p owe r:       = Pr   ( 4 2 )   (6)     w he re  Pr   is t he re cei ved   sig nal a nd    is t he dist ance  betwee n n od e s.      2.3.   Measurem en t Mo dels   Table  4  sho w s  the  par am eter s  def ine d  for  te sti ng   an d  si m ulati on   of  the  pro pose d  work.  We   i m ple m ented  the  m ini m u m   distance  of  10  m   f or  unif or m   di stribu ti on   an d  100  m   for  non - un i form   distrib ution.  Non - unif or m   di stribu ti on  is   re ferred   to   as  th e   distance   betw e en  nodes   (m i gh t  not  be  t he  sam e  fr om   on e   node   to anothe r) res ulti ng  i n dif fere nt levels  of  node den sit y pr es ent w it hi n one  m on it or ing are a.        Table  4.   Param et ers  de fine d f or sim ulatio n m od el   Para m eter   Valu e   Min.  d ist .  b etw een two  no d es   No ise   Tr an s m it   Po wer  ( p t )     Mon ito ring  ar ea (m e te r 2 )   Path  los s p ara m e te r  (α)     Pay lo ad ,  H eader   NACK/AC K  ( )      Er ror  Detec tio n   Er ror  Co rr ectio n   Nu m b e r  o f  Nod es   Nu m b e r  o f  Bits (bi ts)   1 0   m   AW G N   Pow er a llo ca tio n  d ep en d in g  o n  SN R  estima tio n  ( - 10  d Bm  to  0 d Bm )   3 0 0   m  x 3 0 0   m   3 .5   1 2 8 ,256 b it/ pkt   8  bits  ( a d d itio n a l 6 b its a s NACK /AC K wer e  a p p en d ed   with  SN R  a n d  up d a te valu e fro m the  receiver )   CRC - 3 0  ( CDMA  c o m p lian ce )   Prop o sed  M EC ( v a riation  on  the BC H and  RS E CC )   4 ,16 ,32 ,48 ,6 4 ,80   1 0 0 0 0 ,  2 0 0 0 0 ,  3 0 0 0 0 ,  4 0 0 0 0 ,  5 0 0 0 0       The  a ppli cat ion   of   100  m   (as  the  m axi m um   distance  between  no des)  s upports  t he  c om m on   sens or  nodes  s uc h  as   Mi caZ  and   T el os B  with  t he   transm issi on  range  up   t o  100  m .  W e  a dd e d  Additi ve   W hite  Gau s sia n  N ois e  (AWGN)  a nd  Ra yl ei gh   Fa ding  to  stu dy  the  im pacts  bet we en  t hese  tw o  inter ven ti ons .  The   powe r  al locat ion was  cali br at ed  acc ordin g  t o  the  S NR r a nge as  w el l as e r ror  c orrecti on s chem es.    We  dev el op e d  our  m easur e m ent  m od el   to   m easur e  the  pe rfor m ances  of   CDMA  WSN   in  te rm s  of  rem ai nin g  energy,  BER ,  an d  la te ncy.  The  f ol lowing  eq uations   wer e  us e d  to  ob ta in  th e  m easur em ent  resu lt s.   The  e xpressi on of r em ai nin g e nergy incl ud i ng  decodin g  e ne rg y ca n be  de note d  a s:     E  Ec c = Hop   x   No pa c k e t   x   ( No bits +   ( No bit s   x   0 . 75 ) +   E  De c   (7)     w he re   Hop   co rr es ponds   to   nu m be r  of  hops  of  t he   pr e def i ned  la ye red  arc hitec ture ,  No pa c k e t   is   the   num ber   of  pack et s   in vo l ve d  in   the   tran s m issi on ,  No bit s   is  nu m ber   of   ge ner a te d  bits  w hich  for  researc h  (1000 0  bits),  a nd   Ene rgy De c   is t he dec od i ng e nergy cal cul at ed  in a s   s how n  in  equati on  ( 8).     E  De c = ( 2 nt + 2t 2 ) ( E  a ddit ion +   E  multiplic a t ion )   (8)     w he re  n   de note s  the  c odew ord  le ngth   of  t he   sel ect ed  e rro r  c orrecti ng  c od e s  a nd  t   is  the  e rror  co rr e ct ing   capab il it y  of   t ha t  error   c orrect ing   c odes.  We  ta bu la te d  t he  t est ed  co des   in  wh ic h  wer e  use d  in   the  cal c ul at ion   of   decodin g  e ne rg y  in  Ta ble  2  an d  Ta ble  3.  W e  al so   m od el le d  the  BER   fo rm ulati on   in  BPSK  m od ulat ion   as   fo ll ows:      BER   =   1 2   ( 1 − √ E b N 0 E b N 0 + 1 )   (9)     Lat ency  is  cal c ulate d  fo ll ow i ng  E qu at io n  ( 10) ,  wh e re         is  t he  pro pag at io n  delay .   Pr opa gatio n  de la y  ref er s  to   th e  tim e  ta ken  b e tween   de par t ure  of d at a from   the  se nd e r  a nd arr ival   of d at a at  the   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci,   Vo l.   13 , N o.   3 ,  Ma rc h 201 9   :   1 2 0 8   –   1 2 2 0   1214   receiver .   Me an wh il e,          is  the   tr ansm issi on   delay   or  al s o  kn own   as   the   packet iz at ion   delay   in   wh ic h  ca n  be  de fine d  as  t he  a m ou nt  of  tim e  require d  to   tra ns m it   all  of   the   pac ket' s  bits  into  t he  li nk.  U su al ly ,  the  transm issi on   delay   is  affe ct ed  by  data - ra te   of   the  li nk.  Pr opa gatio n  de la y  was  cal culat ed  by  di vid in g  th e   distance  bet we en  sen de r  an d  receiver  with   prop a gatio n  s peed   of   t he  m edia.  The  tra nsm issi on   delay   was  cal culat ed by d ividin g  the  len gth   of  pack et  i n bit s w it h t he t ran sm issi on  r a te  o f  the  pr e de f ined netw ork .     La te ncy = D el a y Pr opagat ion +   D el a y Tran sm ission   (10)     2.4.   Opt im al Erro r Correc ti on   Schemes  f or  t he pr oposed  Multiple E rr or  Correcti on   ( MEC )   Table  5  sho ws   the  set ti ng s  of  optim al   err or   correct io n  sc hem es  fo r  the   propose d   Mu lt iple  Err or  Correct ion  (M EC)  al gorit hm .   This  set ti ng   is   optim al   if  the  arc hitec ture  f ollows  our  pr e def i ned  to po l ogie s  i n  wh ic h  the   def a ult  num ber   of  bits  is  10 000  bi ts  with  inc reas ing   num ber   of  nodes   ( betwee n  4  a nd  80   no de s).   I n  this  stu dy,  the   CDMA  a r c hitec ture  im ple m ented  Mult i - Ca rr ie r  (MC - CDMA)   cha nnel   acce ss  m et hod  a nd   BPSK  m od ula ti on   as  ta bu la te d  in  Table  4.  Fr om   the  si m ula ti on   resu l ts  acqu ire d,   th e  BC H  cod es   with  cod e w ord  le ng th  of   12 7  can no t  outpe rfo r m   RS  cod es  with  the  sam e   cod e word   le ngth  w he n  the  netw ork  conditi on  is  e xt rem e ly   con ge s te d  due   to  re dund a ncy  a dded   by  the   BC H  c odes  is   hi gh e r  t han  the   RS  c odes.   I n  so m e  stud ie s,  m or e  red unda nc ie s  m igh t  lower   the  BER .  H ow e ve r,   in  ou r  case,  too  h ig h  r edun dan cy   a ppende d  to  the  transm itted  bits  in  a  con ge ste d  net work   fl oode d  the  netw ork  causi ng   m or e  bits  to  be  co rru pted .  Th us,   we  obser ve d  that  RS  code  w it h  cod e w ord  le ng t h  of  127  i s  op ti m u m   fo r   an  extrem el y  congeste d  co ndit ion .   Fo r  a  m ediu m   congested  co nd it io n,   we  a ppli ed  BC H  co des  f or   both ,  hi gh   S NR  and   t h e  highest  SNR   with  good  li nk  c ondi ti on   wh e re  BE R  is  relat ively   low.  Hi gh e r  a ppen de d  bits  m i gh t  not  c orrupt   the  bits  as   m uch   as   wh e n  the  SN R   is  low.   Fo r  a  non - co ngest ed   conditi on ,  we   app li ed  retra nsm issi on   for  hi gh e r  SN R  with  lo w   BER   present   in  t he  netw ork  as  the   retra nsm issi on   is  enough  to  co rr ect   the  erron e ous  bits.  This  is  also   to  a dd   up   t hat  there  wer e  on ly   a  fe w  node s  that  m igh t  interfe re   with  the  tran s m issi on   range  in  w hich  if  the re  we re  colli sion s  or  interfe re nce  tha t  can  cor r upt  the  bits,  the  er r or s  m igh t  no t  be  too   si gn ific ant  com par ed  to  the  conditi on w it h hig her n ode  de ns it y.       Table  5.   O pti m al  error co rr ect ing  c odes  for M EC   SNR class es ex ten sio n   Er ror  Co rr ectin g   Co d es   Co d ewo rd len g th ,  n   Inf o r m atio n  Bits,   k   Er ror  Co rr ectin g   Cap ab ility,  t   Co n d itio n : E C   Cas e 1: ECSNR lw           RS   127   113   7   Cas e 2: ECSNR l   RS   127   115   6   Cas e 3: ECSNR m   RS   127   117   6   Cas e 4: ECSNR h   RS   127   119   4   Cas e 5: ECSNR hg   RS   127   121   3   Co n d itio n : M C   Cas e 1: MCSNR lw           RS   63   53   5   Cas e 2: MCSNR l   RS   63   51   6   Cas e 3: MCSNR m   RS   63   49   7   Cas e 4: MCSNR h   BCH   63   36   5   Cas e 5: MCSNR hg   BCH   63   24   7   Co n d itio n : NC   Cas e 1: MCSNR lw           BCH   127   64   10   Cas e 2: NCSNR l   RS   127   121   3   Cas e 3: NCSNR m   BCH   31   11   6   Cas e 4: NCSNR h   RS   31   17   7   Cas e 5: NCSNR hg   Retran s m iss io n  wi th  I R       Table  6  s how s  the  op ti m al   tra ns m it   po we r  c orres pondin g  t o  dif fer e nt  cl as ses  a nd  co nges ti on   pr e sent   base d  in  our  a bovem entione d  arc hitec ture.  The  tra ns m i t  powe r  with  hig h  SN R  w ere  sign ific a ntly   red uce d  t o  20%  f or  e xtre m el y  con geste d  c onditi on,  40%  for  m ediu m   con gested ,  and  50%   f or  non - co ngest ed.  I n  the   extrem el y  con gested   co ndit ion,  the   tra nsm it   po we r  wa s  not  reduce d  too  m uch   as   com par ed   to   the  non - congeste d  co ndit ion   in  or der  to  avo id  inc re m ent  in  the  noise   pr ese nt.  Th is  is  becau se  the  signa l  pow er  will  red uce  the  t ransm it   po wer  cal ibrated .  T he  lo wer   powe r  wil l  be  pea k  the  noise ,  wh ic h  le ad  to  t he  incr e m ent  in   BER .  For  no n - congeste d  co ndit ion ,  t he  tra nsm it   po wer  ca n  be  re du ce d  unti l  50 %  a s  ha ving  hi gh  SN R   ind ic at e   high si gn al   po wer wit h l ow  noise   power.          Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci     IS S N:  25 02 - 4752       Multi ple err or   correcti on tow ar ds  op ti mis ation of e ner gy  i n sens or   netwo r k ( Samirah  Ra za li )   1215   Table  6.   O pti m al  tran sm it  p ower  for M EC   SNR class es ex ten sio n   Tr an s m it  po wer  c a lib ration   Co n d itio n : E C   Cas e 1: ECSNR lw     Maintain   Cas e 2: ECSNR l   Maintain   Cas e 3: ECSNR m   Red u ctio n  by  1 0 %   Cas e 4: ECSNR h   Red u ctio n  by  1 0 %   Cas e 5: ECSNR hg   Red u ctio n  by  20%   Co n d itio n : M C   Cas e 1: MCSNR lw     Maintain   Cas e 2: MCSNR l   Red u ctio n  by  1 0 %   Cas e 3: MCSNR m   Red u ctio n  by  2 0 %   Cas e 4: MCSNR h   Red u ctio n  by  3 0 %   Cas e 5: MCSNR hg   Red u ctio n  by  4 0 %   Co n d itio n : NC   Cas e 1: NCSNR lw     Red u ctio n  by  1 0 %   Cas e 2: NCSNR l   Red u ctio n   b y  20 %   Cas e 3: NCSNR m   Red u ctio n  by  3 0 %   Cas e 4: NCSNR h   Red u ctio n  by  4 0 %   Cas e 5: NCSNR hg   Red u ctio n  by  5 0 %       3.   RESU LT S   A ND AN ALYSIS   We  colle ct ed  the  res ults  base d  on  the  ex per i m ent  of   MEC   i n  te rm s  of   incre m ent  in  no de  densi ty   and  com par ed  the  non - cha nnel  ada ptati on   us in g t he  existi ng error  c orrecti on s chem es. F igu re  2  sho ws  the a ver a ge   rem ai nin g  energy  against  SNR   between   ME C  with  BC H  (127,  k)   t  =  10 , RS  (1 27 ,  121)  t  =  3,   BC H  (3 1,  k)   t  =   7,   a nd  RS  ( 31,   k)   t  =  7.  The   existi ng   R S  ( 31,  k)   t  =  7  ha ve   the  hi gh e st  con sta nt  rem ai nin g  e nergy  th r oughout  the  SN R.  The  highest  rem ai nin g  e nergy  f or   MEC   is  ob ta in ed  w he n  the  S NR  is  at   the  good  c onditi on.   Eve n  though  RS  ( 31,  k)  t  =  7  ha d  the  hi gh e st  rem a ining   e ne rg y  in  a  no n - co ngest ed  c onditi on,  the  hi gh e r  redu nd a ncy a dded  b y t his c ode w as  not  pr act ic al  f or h i gher  node de ns it y.            Figure  2. A verage Rem ai nin g Ene rg y a gain s t SNR       In   a dd it io n,   M EC  cann ot  re duce  BER   as  f urt her   reducti on   of   the  rem ai n ing   e nergy  wa s  too   m uch   du e  t o  draw ba cks  bet wee n  the  capa bili t ie s  of   er ror  correct ions  th at   add e d  re dund a ncies  wit h  m or e  com plexiti es  a nd   require d  hig he r  e nergy  w hen   bette r  er r or  co rr ect io n  is  us e d.   H oweve r ,  MEC   op ti m ized   the   rem ai nin g  ene rg y  in  high  S NR  as  to o  powerfu l  e rror   c orrecti on  sche m es  wer e  no t  necessa ry.  I ns t ead,  t he   retransm issi on   was  en ough  to  handle  the  er rors  w hich  do  no t  us ed  to o  m uc h  ene rg y  as  co m par ed  to  ECC   du e   to  decodin g  a nd   c om pu ta ti on   ove r hea d.   H ow e ve r,   f or   lo w  SN R  ( wh e r e  BER   is   relatively   ver y  high) ,  it   is   su bst antia l  to  correct   the  e rror s  t o  reduce  too   m any  rese nd  pac kets  f r om   the  sen der.  A  hi gher  num ber   of  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci,   Vo l.   13 , N o.   3 ,  Ma rc h 201 9   :   1 2 0 8   –   1 2 2 0   1216   flo od e d  retra nsm issi on s  in   th e  netw ork   not  on ly   us es  ene r gy  but  al s o  res ources  a s   well   w hich  m igh t  r end e r   the  ne tw ork  c ausin g  m al fu nc ti on .   The   rem ai nin g  e nergy  for  lo w   SN R   was  le sse r  c om par ed  to  ot he r  S NR  range  as   hi gh e r  er ror  c orrecti on  capa bili ty   was  us e d.   T hu s,  we   can   co nc lud e  t hat  the  optim isa ti on   bet ween  rem ai nin g  ene r gy and BER b y  m eans o f  a da ptati on  to  the c hannel co ndit ion  it sel f.   I n  lo w  S NR,  the  re m ai nin g  energy m igh t no t be a ble to be  b ooste d  as   m uch  as  wh e n  the  SN R i s h i gh.  This lo w  er r or   correct ing capa bili ty   cod e s  m igh t  not  able   to  ha ndle   the   hi gh  er ror  rates  if   lo wer  er ror   c orr ect ing   ca pa bili ty   is  us e d  in   l ow  S NR  wh e re BER is   high.    Figure  3  s how s  the  c om par ison  of  a ver a ge  la te ncy  against   SN R  betwee n  MEC   an d  e xisti ng   c odes .   The  e xisti ng  c od i ng  sc hem es   ha ve  c onsta nt   la te ncy  thr ou ghout  the   SNR   due  to   the  abse nce  of  ch ann e l   ad aptat io n.   T he   la te ncy  changed   with  SN R  range  due  to  the  cha ng e s  in  error   c orrecti on  us e d  thr ough ou t  the   SN R  as  s how n  in  the  fig ur e .  The  la te ncy  corres ponded  t o  the  a pp e nde d  bits  in  the  ne twork  wh e re  higher   app e nded  bits  or   re dunda ncy   causes  hi gh e r   la te ncy  as  la rg e  num ber   of   bits  prolo nged   the  decodin g  tim e  of   the  receiv ed  i nfor m at ion .  I n  this  stu dy,  B CH  rec orde d  higher  la te ncy  due  to  it s  c om plexit y  and   higher   nu m ber   of  re dundancies .  H ow e ve r,   this   c orres ponds  to   the  fact  t hat  BC H  ha ve  be tt er  error  co r recti on   capab il it y  that  the  RS  cod e.  F or   insta nce,  BC H  (31,   k)  out perform ed  RS  (31,k)   with  the   sa m e  t  =  7  in  te rm s   of   BER   even   t hough  the  la te ncy  was  too   hi gh.  H ow e ver,  the  us e  of  m ult i - co ding  m igh t  able  to  op tim i ze  the  la te ncy  as  the  l at ency  will   no t  al ways  be  h ig h  thr ough ou t  the  SN R .  Wh en   hig h  redu nd a nc y  is  no t  need e d,   th e   la te ncy w il l be  reduce d by us i ng m uch  lo wer capa bili ty  co de s that a pp e nd ed  m uch  lo we r  r e dundancy.             Figure  3. A verage Late ncy ag ai ns t S NR       Figure  4  il lustr at ed  the  ave ra ge  BER   again s t  increasin g  no de  de ns it y.  Th e  MEC   sh owe d  the  lo west   BER   com par ed  to  existi ng  s chem es  fo r  the   non - c onge ste d  conditi on   of   l ess  than  11.17 01   node  de ns it y  wh e n  SN R  reac hing  30   dB.  The  re aso n  is  that  B CH  (31,   k)  wa s  i m ple m ented  fo r  m ediu m   S NR  in  non - c on gested   env i ronm ent  a s  su ch  re dund ancy  sign ific a ntly   so lve  the  BER   and   does   no t  flo od   the   network   in  th e  non - congeste d  en vironm ent.  How ever,  f or   hi ghe r  node  densi ty ,  BC H  (31,   k)  was  im pr act ic a l  becau se  of   to o  high   redu nd a ncy. How e ve r,  the exi sti ng  RS ( 12 7, k)  d i d  not ou t perform  BER  of  MEC  for  no n - c ongeste d  co nd it i on   (≤   11. 1701) .   Figure  5  s ho ws  the  ave ra ge   rem a ining   e nergy  again st  node  de ns it y.  The  net wor k  achieve d  the   highest  rem ai nin g  e nergy  in  congeste d  co ndit ion   f or  m edium   SN R  as  we  us e d  m edium   err or   c orr ect ing   capab il it y  wh i ch  opti m ise d  the  nee d  betwe en  rem ai nin g  e nergy  an d  re du nd a ncy  ad de d  to  the  netw ork.   Ther e   was  m uch   higher   er ror  c orre ct ing   ca pa bili t y  us e d  f or  lo w   co ng e ste d  c on diti on   a s  the   r e m ai nin g  e nergy  wa s   sli gh tl y  lower   than  the  existi ng   RS  ( 31,  k).  Howe ver,  in  com par ison   to  Figure  4  w here  BER   of   MEC   was  at   it s  lowest   w he n  no de  den sit y  at   11.17 01,  th e  higher  rem ain in g  en er gy  of   RS  pro ve d  tha t  the  existi ng  RS  did  no t  op ti m iz e  th e  BER   and   re m ai nin g  en er gy .  Me anwhil e,  there  was  sli gh t  increm ent  in  the  rem ai nin g  energy   from  6 28946.3 3  J  f or   node   de ns it y betwee n 16.75 52 and  22. 3402.    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci     IS S N:  25 02 - 4752       Multi ple err or   correcti on tow ar ds  op ti mis ation of e ner gy  i n sens or   netwo r k ( Samirah  Ra za li )   1217       Figure  4. A verage BER  a gain st Node  d e ns it y (for  SN R= 30 )           Figure  5. A verage Rem ai nin g Ene rg y a gain s t Node  de ns it y       Figure  6  sho w s  the  Percen ta ge   increm ent  in  rem ai nin g  energy  of   MEC   ag ai ns t  SN R   com par e d  with  BC H  ( 127,k )  for  t= 7,  RS  ( 127,k   )  f or   t he   sam e  t  and   t he  c om par ison  of  inc rem ent  in  rem ai nin g  e nergy  betwee n  existi ng   RS  a nd  BC H.   F ro m   the  graph,  it   can  be  ob s er ved   t hat  as  the  SN R  inc r eased,  th e  pe rc entage   increm ent  in  rem ai nin g  ene rgy   al so   increased.   Be sides  that ,  the  per ce ntag e  of   increm ent  of   rem ai nin g  e nergy  of   MEC   is  higher  t han   t he  e xi sti ng   RS  ( 127,   k)   a nd  BC H  ( 127,   k)  w he n  SN R  ac hieving   betwee n  20   dB   and   50 d B .    It  is  al so  point ed  ou t   t hat  the   RS  ( 127,  k)  ha s  a  higher   pe rc entage  of  inc re m ent  durin g  t he   low  S NR  of   20  dB  beca us e  MEC   has  m or e  powerfu l   error   c orrecti on  sc hem es  wh ic h  use d  m or e  energy.  Howe ver,  th e   diff e re nce  bet ween   t he  per c entage  i ncr em ent  of  MEC   a nd   R S  is  quit e  sm a ll .  Thi s  al so   c orrespo nds   to  the   gr a ph  in  Fig ur e  4  w hich  de m on strat ed  tha t  du ri ng   t he  lowest  S NR,  MEC   achieve d  bette r  BER   than  the   existi ng  RS  w hich  res ults  in   lowe r  rem ai nin g  e ne rg y.   T hu s ,  a   co nclu sion  was   m ade  w her e   MEC   ha d  op ti m ise d  the  perform ances  betwee n  th e  BER   and   rem ai nin g  ene r gy  and  fo r  t he  lowest   SN R  an d  f or   highes t   SN R, MEC  p e r form ed  m or e t ow a r ds   op ti m is at ion   of r em ai nin g  e ne rg y a nd  lat ency.      Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.