I n d on e s i an   Jo u r n al   o El e c t r i c al   En gi n e e r i n g   an d   C o m p u te r   S c i e n c e   V o l .   20 ,   N o .   3 D e c e m b e r   20 20 ,   pp .   1495 ~ 1506   IS S N :   2502 - 4752 ,   D O I :   10. 1 1591 / i j e e c s . v 20 .i 3 . pp 149 5 - 1506             1495       Jou r n al   h o m e pa ge ht t p: / / i j e e c s . i a e s c or e . c om   n e w   m o d i f i c a t i o n   o f   L E A C f o r   e f f i c i e n t   e n e r g y   i n   W SN       Taou s   Le c h an i 1 V i c to r   To u r tc h i n e 2 S ai d   A m ar i 3   1 , 2 L I M O S E   L a bo r a t o r y ,   F a c ul t y   of   S c i e nc e s ,   U n i v e r s i t y   M ' H a m e B o ug a r a   o f   B o um e r de s ,   A l g e r i a   3 E N S   E c o l e   no r m a l e   s up é r i e u r e   de   C a c ha n,   F r a nc e       A r ti c l e   I n fo     A B S TR A C T   Ar t i c l e   h i s t or y :   R e c e i v e J a n   30 ,   2 0 20   R e v i s e M a y   14 ,   20 20   A c c e pt e J un   1 ,   2020       T he   l i m i t e e ne r gy   o f   no de s   i w i r e l e s s   s e n s o r   ne t w o r ks   a nd   t he   i m po s s i bi l i t y   o f   r e pl a c i ng   t h e i r   b a t t e r i e s ,   ha v e   l e a t o   pr o t o c o l s   de v e l o pm e nt   w hi c o pt i m i z e   a nd  ba l a nc e   t he   e ne r gy   c o ns um pt i o o v e r   t he   ne t w o r k .   L E A C H   i s   t he   m o s t   us e hi e r a r c hi c a l   pr o t o c o l .   H o w e v e r ,   o ne   m a j o r   w e a kn e s s   o f   t h e   L E A C H   pr o t oc o l   l i e s   i bo t o f   i t s   r a n do m   c l us t e r   f o r m a t i o a nd  c l u s t e r   he a e l e c t i o n.   I t hi s   p a pe r ,   w e   pr e s e nt   t w o   n e w   p r o t o c o l s   ba s e v i r t u a l   g r i c l u s t e r i ng   o c ov e r a g e   a r e a .   I t he   f i r s t   o ne ,   s e ns i ng   a r e a   i s   de v i de d   i nt o   g r i d s   a s   s qu a r e s   na m e d   a s   V S G - L E A C H   a nd  i n   t h e   s e c o nd  o ne   i nt o   g r i d s   a s   h e xa g o ns   na m e a s   V H G - L E A C H .   I e a c z o ne ,   o ne   c l us t e r   he a i s   e l e c t e a c c o r di ng   t o   i t s   r e s i dua l   e n e r g y   a nd  i t s   di s t a nc e   f r o m   t he   c e l l   c e nt e r .   T he   s i m u l a t i o r e s ul t s   s ho w   t ha t   t h e   ne t w o r l i f e t i m e   i s   pr o l o ng e b y   169. 67 %   a nd  t he   e n e r g y   c o ns um pt i o i s   i m pr o v e by   80. 97 %   c o m pa r e t o   L E A C H   pr o t o c o l .     Ke y w or d s :   Cl us t e r i n g     E n e rgy   e ff i c i e n c y     L E A CH   pr o t o c o l     N e t w o r l i f e t i m e     W i r e l e s s   s e n s o n e t w o r ks   C opy r i gh t   ©   20 20   I n s t i t ut e   o f   A dv anc e E ng i ne e r i ng   and   S c i e nc e .     A l l   r i gh t s   r e s e r v e d .   Cor r e s pon di n g   Au t h or :   T a o us   L e c h a ni ,   L a bo r a t o r y   of   Co m put e r   S c i e n c e ,   M o de l i n g ,   O p t i m i z a t i o a n d   El e c t r o n i c   S y s t e m s   (L IM O S E ),   F a c ul t y   of   S c i e n c e s ,   U n i v e r s i t y   M ' H a m e B o uga r a   o f   Bo um e r de s ,   A l ge ri a .   E m a i l :   t . l e c ha n i @ u ni v - bo um e r de s . dz       1.   I N TR O D U C TI O N     O v e r   t h e   pa s t   de c a de ,   t h e   us e   of   W i r e l e s s   S e n s o r   N e t w o r ks   (W S N s h a s   g r o w n   s i g n i f i c a nt l y .     T h e y   h a v e   a   w i de   ra n ge   o f   a ppl i c a t i o n s   s uc h   a s :   m i l i t a r y ,   e nv i r o nm e nt   m o n i t o ri n g,   a g ri c ul t u r e ,   m e di c a l   c a r e ,   s m a r t   h o m e ,   e t c   [1].   W S N s   a r e   c o m po s e d   of  a   l a r ge   num b e r   o t i n y   n o de s   c o n n e c t e a c c o r di n t o   c e r t a i a r c hi t e c t u r e .   T e c hn o l o gi c a l   p r o g r e s s   off e r s   po s s i b i l i t i e s   o f   i n t e g r a t i ng  t hr e e   f un c t i o n s :   s e n s i n g,   p r o c e s s i n a n s e n d i n da t a   t o   t h e   b a s e   s t a t i o n   i n   a   t i n y   n o de .   A ut o n o m y   a n s e l f   c o n f i gur a t i o n   a r e   t h e   m a i n   a dv a n t a ge s   of   W S N s .   In   f a c t ,   t h e   n o de s   a r e   di s t ri b ut e ra n do m l y   a n d   t h e   n e t w o r i s   f o r m e w i t h o ut   p r e - e s t a b l i s h e d   s uppo r t .   O n   t h e   o t h e r   ha n d ,   t h e   w e a kn e s s   of   W S N   c o n s i s t s   i n   t h e i r   l i m i t e e n e rgy   a n t h e   i m po s s i b i l i t y   of    c h a ngi n g   t h e i r   b a t t e r i e s .   T h e r e fo r e ,   a   b a l a n c e m a na ge m e nt   o f   t h e i r   e n e r gy   i s   r e qui r e d.   F o r   t hi s   pu rpo s e ,   s e v e r a l   h i e r a r c hi c a l   a n d   f l a t   p r o t o c o l s   h a v e   b e e n   de v e l o pe i o r de r   t o   m i ni m i z e   a n d   b a l a n c e   t h e i r     e n e r gy   c o n s um pt i o n   [2 - 3] .   L E A CH   (L ow   E n e r gy   A da pt i v e   Cl us t e r i ng  H i e r a r c h y i s   t h e   m o s t   us e d   hi e ra r c h i c a l   r o ut i ng  p r o t o c o l s .   H ow e ve r ,   L E A CH   ha s   s o m e   di s a dv a n t a ge s   m a i nl y   due   t o   t h e   ra n do m n e s s   o t h e   c l us t e r   h e a ds   e l e c t i o n .   A c t ua l l y ,   t h e   n u m b e r   o f   c l us t e r s   pe r   r o u n de v i a t e s   g r e a t l y   f r o m   t h e   o pt i m u m   v a l ue   a n t h e   c l us t e r s   s i z e   i s   v e r y   v a ri a b l e ,   i t e rm s   o f   of   n ode s   n u m b e r   a nd  c l us t e r   a r e a .   M o r e o v e r ,   CH s   a r e   n o t   n e c e s s a r i l y   s pr e a e v e n l y   t hr o ug h o ut   t h e   n e t w o r k.   A l l   t h e s e   i m pe r f e c t i o n s   l e a t o   a u n b a l a n c e e n e rg y   c o n s um pt i o n   a n d   r e duc e   n e t w o r l i f e t i m e .   In   t hi s   pa pe r,   w e   pr e s e n t   t w o   n e w   pr o t o c o l s   w h i c h   o ut pe rfo r m   L E A CH   pe r f o r m a n c e s .   T h e y   a r e   b a s e o n   t h e   c r e a t i o n   o f   v i r t ua l   g r i o n   t h e   c o ve r a ge   a r e a .   T h e   pri n c i p l e   c o n s i s t s   i n   f i xi n t h e   c l us t e r ’s   n u m b e r   a nd  c o n s e que n t l y ,   f i xi n t h e   c l us t e r   h e a ds '   num b e (CH ).   W i t h i t h e   f i r s t   p r o t o c o l ,   V S G - L E A CH   (V i r t u a l   S qu a r e   G ri L E A CH pr o t o c o l   w e   us e   t h e   v i rt ua l   s qua r   g r i d.   W e   di v i de   t h e   m o n i t o r e s pa c e   i nt s qua r e s   o f   e qua l   s i z e   a n d   e l e c t   o n e   c l us t e r   h e a d   i n s i de   e a c s qua r e .   W i t hi t h e   s e c o n p r o t o c o l ,   V H G - Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I SSN :   2502 - 4752   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   20 ,   N o .   3 D e c e m be r   2 020   :     14 95   -   15 06   1496   L E A CH   (V i r t ua l   H e xa go n a l   G ri L E A CH w e   h a v e   pa r t i t i o n e t h e   m o ni t o r e a r e a   i n t o   r e gul a r   h e xa go n s   a nd  t h e n,   a dj us t   t h e   m e m b e r s hi o f   o ut s i de   h e xa go n o de s .   O n e   c l us t e r   h e a i s   a l s o   e l e c t e i n s i de   e a c h   h e xa go n .     T h e   pa pe r   o r ga ni z a t i o n   i s   a s   f o l l ow s :   T h e   l i t e r a t u r e   s u r v e y   i s   p r e s e n t e i n   S e c t i o n   2,   t h e   e n e r gy   di s s i pa t i o ra di o   m o de l   i s   p r e s e n t e i s e c t i o n   3 .   A   d e t a i l e de s c r i p t i o o f   o ur   a l go ri t hm s   V S G - L E A CH   a n d     V H G - L E A CH   i s   gi ve n   i n   s e c t i o n   4.   T h e   s i m ul a t i o n   r e s ul t s   a n t h e i r   a na l y s e s   a r e   p r e s e n t e i n   S e c t i o n   5.     T h e   c o n c l us i o w i t h   f ut u r e   de v e l o pm e n t s   i s   p r e s e n t e i s e c t i o n   6.       2.   LI TTER A TU R S U R V E Y     R e c e n t l y   s e v e r a l   w o r ks   r e l a t e t o   c l us t e ri n ha v e   be e n   pr e s e nt e a n m a n y   a l go r i t hm s   h a v e     b e e n   de v e l o p e i n   t h i s   c o n c e rn.   L E A CH   a n d   i t s   v a r i a n t s   a r e   t h e   m o s t   us e p r o t o c o l s .   T h e   c l us t e h e a ds     a r e   s e l e c t e r a n do m l y .   L E A CH   pr o t o c o l   w o r ks   by   r o un d.   E a c h   r o und  i s   d i v i de i n t o   a   s e t up  p ha s e   a n d     a   s t e a dy   ph a s e .   I t h e   s e t up  p ha s e ,   t h e   c l us t e r s   a r e   o r ga ni z e a nd  t h e   c l us t e r   h e a ds   a r e   e l e c t e d.   A t   t h e   b e gi nn i n g   o f   e a c h   r o und,   e a c h   n o de   o f   t h e   n e t w o r ge n e r a t e s   a   ra n do m   n u m b e r   b e l o n gi n t o   [0,   1] .   If   t h e   ge n e ra t e n u m b e r   i s   l e s s   t h a n   t h e   t hr e s h o l T ( n g i v e n   by   (1 ),   t h e   n o de   e l e c t s   i t s e l f   a s   c l us t e r   h e a d,   o t h e r w i s e   i t   b e c o m e s   c o m m o n   n o de   [4] .     T ( n ) = { P 1 P ( r m o d ( 1 P ) )   if   n G 0   o t h e r w i se   (1)     W h e r e   P   i s   t h e   pe r c e nt a ge   o f   c l us t e r   h e a ds ,   r   i s   t h e   r o u n n u m b e r   a n G   i s   t h e   s e t   of   n o de s   t h a t   h a v e   n o t   b e e n   s e l e c t e a s   C H s   i n   t h e   l a s t   1/ P   r o u n ds .   T hus ,   t h e   r o t a t i o n   o t h e   r ul e   o c l us t e r   h e a l e a ds   t o   b a l a n c e e n e r gy   c o n s um p t i o n ;   h e n c e ,   i t   m a xi m i z e s   t h e   t i m e   u n t i l   t h e   de a t h   o f   t h e   f i r s t   n o de .   E a c h   c o m m o n o de   j o i n s   o n e   CH   b a s e o n   t h e   s i g na l   s t r e n gt h.   In   t h e   s t e a dy   s e t up  pha s e ,   da t a   a r e   s e n t   t o   t h e   b a s e   s t a t i o n.   T h e   s t e a d y   ph a s e   i s   di v i de i nt o   f r a m e s .     In   e a c h   f ra m e ,   c o m m o n   n o de s   s e n t h e i r   s e n s i ng  da t a   t o   CH   a c c o r di ng  t o   s c h e dul e t i m e   s l o t s .   I n   o r de r   t o   s a v e   e n e r gy ,   t h e   n o de s   r e m a i n   i n   a   s l e e m o de   w h i l e   w a i t i n f o r   t h e i r   t u rn   t o   s e n da t a .   T h e   c l us t e r   h e a ds   a gg r e ga t e   t h e   da t a   a nd  r e l a y   i t   t o   t h e   b a s e   s t a t i o n   (B S ).   K n o w i n t ha t   d a t a   t ra n s m i s s i o n   o v e r   l o n d i s t a n c e s   i s   t h e   m o s t   e n e r gy   c o n s um i n n e t w o r k,   c l us t e r i ng  r e duc e   e n e r g i e   c o n s um pt i o n   by   r e duc i n t ra n s m i s s i o di s t a n c e s .   In   t h i s   w o r k,   w e   r e v i e w   t h e   L E A CH   pr o t o c o l   a n i t s   e xt e n de v e r s i o n s   f r o m   e n e r gy   e f f i c i e n c y   v i e w p o i n t .   T h e r e   a r e   m a n y   w o r ks   foc us e o n   i m p r o v i n g   L E A CH   pr o t oc o l .   N um b e r s   o t h e m   p r o po s e     n e w   fo r m ul a s   o t hr e s h o l w h i c h   t a ke   i n t o   a c c o un t   t h e   r e s i dua l   e n e r gy   of   t h e   n o de s   a n t h e i r   d i s t a n c e s     f r o m   t h e   b a s e   s t a t i o n ,   i n c l ud i n L E A CH - C,   L E A CH - V ,   L E A CH - R   a n L E A CH - M   [5 - 8] .   S e v e r a l   c l us t e   h e a ds   s e l e c t i o n   a l go r i t hm s   b a s e o n   t h e   di s t a n c e   ha v e   be e n   p r o po s e [9 - 10 ].   L E A CH - D T   (D i s t a n c e   b a s e d   T hr e s h o l d)  [8],   r a t h e r   t ha n   us i n a   h e u ri s t i c   a pp r o a c h,   p r o po s e s   a   di s t ri b ut e L E A CH   b a s e CH   s e l e c t i o n   a l go r i t hm .   N o de s   a r e   s e l f   s e l e c t e t o   be   C H   w i t di f f e r e n t   pr o b a b i l i t i e s   b a s e o n   t h e i di s t a n c e s   f r o m   t h e   B a s e   S t a t i o (B S ).   R e c e n t l y ,   M o di f i e L E A CH - D T   i s   a n o t h e r   p r o po s e a l go r i t h m   [1 1 - 12],   w h i c h   ha s   i m p r o v e t h e   L E A CH - D T   c o n s e de r i n b o t h   d i s t a n c e   a n d   r e s i du a l   e n e r gy   i n   c l us t e r   h e a ds   e l e c t i o n .   T h e   pr o po s e a ppr o a c h   e n s u r e s   b e t t e r   e n e r gy   b a l a n c e   o f   t h e   n e t w o r n o de s .   In   L E A CH   p r o t o c o l ,   e n e rg y   c o n s um pt i o n   de pe n ds   o n   d i s t a n c e s   of   n o de s   t C H s   a n b a s e   s t a t i o n.   T h us ,   t h e   c l us t e r   h e a ds   w h i c h   a r e   f a f r o m   t h e   b a s e   s t a t i o n   de pl e t e   t h e i r   e n e r gy   e a r l i e r   t ha n   t h o s e   c l o s e   t t h e   b a s e   s t a t i o n .   T hi s   m o di f i e pr o t o c o l   i m p r o v e s   L E A CH - D T   by   a c c o r di ng  hi g h e r   p r o b a b i l i t y   t o   c l os e r   n o de s   t o   b e c o m e   c l us t e r   h e a ds .   S E E CP   (S t a b l e   E n e r gy   E ff i c i e n t   C l us t e r i n g   P r o t o c o l   fo r   W i r e l e s s   S e n s o r   N e t w o r ks e xt e n ds   t h e     s t a b l e   pa r t   o f   t h e   n e t w o r l i f e t i m e   i n   o r de r   t o   p r e s e r v e   i t s   c ove r a ge   [13] .   T hi s   r e a c t i v e   pr o t o c o l   t r a n s m i t s     t h e   da t a   t o   t h e   b a s e   s t a t i o n,   o n l y   i n   t h e   c a s e   w h e r e   a   t hr e s h o l v a l ue   i s   e xc e e d e d.   In   o r de r   t o   m i ni m i z e     e n e r gy   c o n s um p t i o n,   r e m o t e   n o de s   f r o m   t h e   b a s e   s t a t i o n   t r a n s m i t   t h e i r   da t a   b y   m ul t i - h o p.   A E CR   (A da p t a t i v e   E n e rgy   A w a r e   Cl us t e r - B a s e R o ut i n g)  p r o t o c o l   a vo i ds   t he   r a n do m   f o r m a t i o n   o c l us t e r s   a nd  ge n e r a t e s   c l us t e r s   o f   h o m o ge n e o us   s i z e   [14].   It   e l i m i n a t e s   t h e   po s s i bi l i t y   of   e l e c t i o n   of   t w o   c l o s e   n o de s   a s   C H s   a n o pt i m i z e s   i n t e r   a n i n t ra - c l us t e r   r o ut i n g .   It   a l s o   c a l c ul a t e s   t he   m a xi m u m   d i s t a n c e   f r o m   w hi c t h e   m ul t i - h o i s   m o r e   e n e r gy   e ff i c i e n t .   A n   e n e rgy - b a l a n c e c l us t e r i ng  r o ut i n a l go r i t hm   f o r   W S N   i s   pr o po s e i n   [1 5].   I t   i s   a a dv a n c e m ul t i - h o r o ut i n p r o t o c o l   w h i c h   o pe r a t e s   a s   fo l l ow s :   w h e n   t h e   c l us t e r   h e a ds   a r e   c l o s e   t o   t h e   b a s e   s t a t i o n   t h e y   di r e c t l y   c o m m u n i c a t e   w i t h   i t   a n us e   m ul t i - h o c o m m uni c a t i o n   w h e n   t h e y   a r e   f a f r o m   i t .   I [16] ,   t h e   a ut h o r s   i m p r o v e L E A CH   by   s e l e c t i ng  a   s e c o n da r y   c l us t e r   he a d,   i f   t h e   e n e r gy   of  t h e   c l us t e r   h e a i s   l e s s   t ha n   t h e   a v e r a ge   e n e rgy   of  a l l   n e t w o r n o de s .   In   t hi s   c a s e ,   t h e   s e c o n da r y   c l us t e r   h e a i s   r e s po n s i b l e   fo r   r e c e i v i n g   a n f us i n t h e   da t a   c o l l e c t e f r o m   t h e   m e m b e r   n o de s   a n s e n di ng   i t   t o   i t s   c l us t e r   h e a w h i c h   r e d i r e c t s   i t   t t h e   B S .   A   L e a c h - V M   p r o t o c o l   b a s e o n   w e i gh t   a nd  i nt ra - c l us t e r   m ul t i - h o m e c h a ni s m   i s   p r o po s e i n   [17] .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N :   2502 - 4752       A   n e w   m odi f i c at i on   of   L E A CH   f or   e f f i c i e nt   e n e r gy   i W SN   ( T aous   L e c han i )   1497   It   c o n s i s t s   of   e l e c t i n a   w e i gh t   r e l a y   i n   t h e   c l us t e r ,   a c c o r di ng  t o   t h e   m e m b e r   n o de s   r e s i dua l   e n e r gy   a n t h e i di s t a n c e s   f r o m   t h e   b a s e   s t a t i o n .   T h e   c l us t e r   h e a s e nds   a gg r e ga t i o n   da t a   t o   i t s   w e i gh t   r e l a y   w h i c h   f o r w a r ds   t h e m   t o   t h e   B S .   In   [18] ,   a u t h o r s   p r o po s e   a   n e w   c l us t e r   h e a s e l e c t i o a l go ri t hm   f o r   W S N   w h i c h   t r i e s   t o     s t a b i l i z e   t h e   CH ’s   n um b e r ,   w hi l e   f a vo r i n t h e   e l e c t i o n   of   n o de s   w i t h   h i g h   r e s i du a l   e n e r gy .   Be fo r e   be i n g   de s i gna t e a s   CH ,   a   n o de   v e r i f i e s   t h e   num b e r   o f   CH s   a l r e a dy   e xi s t i ng  t hr o ug h   t h e   v a ri a b l e   CH   h e a r d     (a c c o r di n t o   r e c e i ve m e s s a ge s ).   I f   t h i s   v a r i a b l e   i s   l e s s   t ha n   a n   o pt i m a l   v a l ue ,   t h e n   t h e   n o de   de c l a r e s   i t s e l f   a s   CH   a nd  s e n ds   m e m b e r s h i p   r e que s t s ;   o t h e r w i s e   a s   a   m e m b e r   n o de   a n d   l o o ks   f o r   t h e   b e s t   c l us t e t o   j o i n.   M ul t i c r i t e r i a   b a s e c l us t e r   h e a s e l e c t i o n   i s   pr o po s e i [19].   T h e   a ut h o r s   i m p r o v e   t h e   W S N   pe r f o r m a n c e   by   c o n s i de r i ng  f i v e   di ff e r e n t   pa ra m e t e r s   t o   s e l e c t   t h e   m o s t   o pt i m um   n o de   t o   b e   c l us t e r   h e a d .   T h e s e   pa ra m e t e r s   a r e   e n e r gy   l e v e l ,   di s t a n c e   f r o m   n e i g h b o ri n n o de s ,   di s t a n c e   f r o m   c e n t e r   o f   t h e   c l us t e ,   n u m b e r   o t i m e s   a   n o de   h a s   b e e n   z o n e   h e a a n w h e t h e r   a   no de   i s   m e r ge d.   T h e   w h o l e   n e t w o r i s   di v i de i n t o   v i r t u a l   g ri ds   w h e r e   e a c h   g ri r e p r e s e n t s   a   c l us t e r   t h e n   c l us t e r   w i l l   b e   m e r ge o r   s pl i t t e de pe ndi n o n   i t s   de n s i t y .   In   [2 0],   t h e   n e t w o r i s   s ub di v i de i n t o   v a ri o us   r e gi o n s   b a s e o n   t h e   di s t a n c e   of   B S   f r o m   e a c h     s e n s o r   n o de .   I n   s o m e   r e g i o n s ,   L E A CH   pr o t o c o l   i s   i m pl e m e n t e a nd  i t h e   o t h e r s ,   n o de s   t r a n s m i t   di r e c t l y   t h e i r   d a t a   t o   a   r e c ha r ge a b l e   S ub - B S   pl a c e i n s i de   t h e   n e t w o r o t h e   t h e   B S   pl a c e o ut s i de   t h e   n e t w o r k.     T h e   s a m e   p r o t o c o l   b a s e o n   s ub - n e t t i ng  t e c hni que   i s   a p pl i e f o r   H e t e r o ge n e o us   n e t w o r a n n e t w o r k   l i f e t i m e   i s   a na l y z e c o n s i de ri n g   f o ur   di f f e r e n t   po s i t i o n   o f   S ub - BS   [21].   T h e   c l us t e r i ng  t ra n s f o r m s   t h e   gl o b a l   c o m m u n i c a t i o n   i n t o   a   l o c a l   c o m m u n i c a t i o n   i n   o r de r   t o   r e duc e   t h e   di s t a n c e s   o f   t r a n s m i s s i o n s ,   a n d   t hus   m i n i m i z e s   t h e   e n e r g y   c o n s um p t i o n.   A   j udi c i o us   c h o i c e   o f   t h e   n u m b e r   of   C H s   i s   r e qui r e d.   I n c r e a s i ng  t h e   n u m b e r   o f   c l us t e r s   l e a ds   t o   a n   i n c r e a s e a gg r e ga t i o n   e n e r gy .   O n   t h e   o t h e r   ha n d ,   r e duc i ng  t h e   n u m b e r   o f   c l us t e r s   i n c r e a s e s   t h e   n u m b e of   m e m be r   n o de s   pe r   c l us t e r   a n c o n s e que nt l y ,   i n c r e a s e s   t h e   e n e rgy   of   c o m m uni c a t i o n   b e c a us e   of   t h e   g r e a t   di s t a n c e s   a n t h e   e n e r gy   of   a ggr e g a t i o n   due   t o   t h e   l o a o n   t h e   CH s .   H e n c e   a n   o pt i m um   n u m b e r   o c l us t e r s   i s   r e qui r e t o   e n s ur e   b e s t   p e r f o r m a n c e   i n   t h e   n e t w o r k.   E n e rgy   e ff i c i e n c y   a n n e t w o r l i f e t i m e   a r e   t h e   m o s t   i m po rt a nt   m e t ri c s   i n   e v a l ua t i n n e t w o r pe r f o r m a n c e s .   L i f e t i m e   o f   W S N   i s   m o s t   c o m m o n l y   de f i n e a s   t h e   t i m e   e l a ps e u nt i l   t h e   f i r s t   n o de   i n   t h e   n e t w o r de pl e t e s   i t s   e n e r gy .   T h e r e   a r e   o t h e r   de f i n i t i o n s   f o r   2 5%,   50%   o 75%   o f   a l i v e   n o de s .       3.   R A D I O   EN ER G Y   M O D E L   T h e   e n e r gy   c o n s um pt i o n   m o de l   us e i n   t hi s   w o r i s   ba s e o n   f i r s t   o r de r   m o de l   i n t r o duc e   by   H e i n z e l m a [4] .   T h e   t r a n s m i t t e r   d i s s i pa t e s   e n e r gy   t o   t ra n s m i t   a n d   a m p l i fy   t h e   s i g n a l s .   T h e   r e c e i v e r   di s s i pa t e s   e n e r gy   o n l y   t o   r e c e i ve   da t a .   F i g u r e   s h o w s   t h e   e ne r gy   m o de l   c o n s um pt i o n .           F i gu r e   1 .   R a di o   e n e r gy   di s s i pa t i o m o de l        ( , ) = { +    2      < 0 +    4        0   (2)      =   (3)     0 =    (4)       E T X :   e n e rgy   s pe n t   t o   t r a n s m i t   l   b i t s ;     E R X :   e n e r gy   s pe n t   t o   r e c e i v e   l   b i t s ;     E e l e c :   e n e r gy   s pe n t   t o   t ra n s m i t   o r e c e i ve   o n e   b i t ;   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I SSN :   2502 - 4752   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   20 ,   N o .   3 D e c e m be r   2 020   :     14 95   -   15 06   1498     f s :   a m pl i f i c a t i o n   f a c t o f o r   f r e e   s pa c e   m o de l ;     t w o - r a y :   a m p l i f i c a t i o f a c t o r   f o r   t w o - r a y   m o de l ;     d:   d i s t a n c e   b e t w e e n   t ra n s m i t t e r   a n d   r e c e i ve r ;     d0:   c r o s s ov e r   di s t a n c e ;     l :   num b e o f   da t a   b i t s .     4.   N EW  P R O P O S ED   P R O T O C O LS   In  t hi s   s e c t i o n,   w e   e xpl a i n   o u r   a pp r o a c h   a n d   de t a i l   t h e   t w o   pro pos e pr o t o c o l s .     4. 1 .       T e s s e l l at i o n   W e   b e l i e v e   t h e   i de a l   f o r m   t o   pa rt i t i o n   a   p l a n e   i nt o   r e gul a r   s ha pe s   i s   t h e   c i r c l e .   H ow e v e r ,   i t   do e s   n o t   al l o w   pa v i n a   s u r f a c e   w i t h o ut   l e a v i n h o l e s   a n w i t h o ut   ov e r l a pp i n e a c h   o t h e r.   I n   t hi s   w o r k,   w e   s e e t pa r t i t i o n   a   pl a n e   i nt o   r e gul a r   s ha pe s   w h i c c a n   b e   a rra n ge a c c o r di n g   t o   t w o   c o n di t i o n s :   1.   T h e   s h a pe s   s h o ul d   f i t   t o ge t h e r   w i t h o ut   a n y   ga ps .   2.   T h e   s h a pe s   s h o ul d   n o t   o v e r l a p .   Le m m e :   T h e r e   a r e   o n l y   t hr e e   r e gul a r   t e s s e l l a t i o n s   o f   t h e   p l a n e   a n t h e   h o n e y c o m b   i s   t h e   o pt i m a l   s h a pe   f o r   t h e   s p a c e   o c c upa t i o n .   P r oo f:   Co n s i de r   a   r e gul a r   po l y g o n   w i t h   s i de s   a n   i s   t h e   a n g l e   b e t w e e n   t w o   c o n s e c ut i v e   s i de s .     T h e   po l y g o n   i s   di v i de i n t o   i de n t i c a l   i s o s c e l e s   t r i a n g l e s   a s   s h o w n   i F i g u r e   2 .             F i gu r e   2 .   R e gul a po l y g o n .       W e   h a v e       / 2   =     w h e r e     =   2 / n   a n d     /2     T h us   θ + n = π     θ = ( n 2 ) n = 2 m     W i t h   m   n a t u ra l   i nt e ge r     T h us   ( n 2 ) ( m 2 ) = 4     S o   (n - 2)   m us t   b e   a   di v i s o o f   4,   t hus   c a b e   e qua l   t o   o 4   o r   6 .     T h e r e f o r e   e qui l a t e r a l   t r i a n gl e s ,   s qua r e s   a n r e gul a r   h e x a go ns   a r e   t h e   o n l y   r e gul a r   c o n v e p o l y g o n s   t h a t   c a p a v e   t h e   pl a n e .   I n t u i t i v e l y ,   w e   c h oo s e   t o   s t udy   s qua re   a n d   h e xa go na l   s h a pe s .     4. 2 .       P r o p o s e d   P r o to c o l s   In  t hi s   s e c t i o n ,   w e   gi v e   a   de t a i l e de s c r i p t i o n   o f   t h e   n e w   v i r t ua l   s qu a r e   g ri L E A CH   (V S G - L E A CH )   a n v i rt ua l   h e xa go n   g ri L E A CH   (V H G - L E A CH )   pr o t o c o l s .   T h e   m a i n   i de a   i s   t o   ov e r c o m e   t h e   ra n do m n e s s   of   c l us t e r   f o r m a t i o n   a n c l us t e r   h e a ds   e l e c t i o n   i L E A CH   pro t oc o l   [19],   [ 22] .   T h e   v i r t u a l   g r i o f   t h e   s e n s i n g   a r e a   e n s u r e s   a n   e v e n   di s t r i b ut i o n   o c l us t e r   h e a ds   o ve r   t h e   w h o l e   n e t w o r a n f i xi n t h e   c l us t e r   h e a num b e a t   i t s   o pt i m um   v a l ue .   T hi s   a p p r o a c h   d i s t r i b ut e s   u n i f o r m l y   t he   w o r k - l o a o n   pa rt   o f   c l us t e r   h e a n o de s   w h i c h   t h e r e f o r e   e xt e n ds   n e t w o r l i f e t i m e .   T h e   CH   o pt i m a l   n u m b e r   i s   i n   t h e   s a m e   p r o po r t i o n   a s   t ha t   p r o po s e i n   L E A CH   w h i c h   c o n s i de r s   5%  o f   t h e   t o t a l   n u m b e r   o f   s e n s o r   n o de s . T h e s e   pr o po s e a l go r i t hm s   ha v e   b e e n   de ve l o pe o n   t h e   b a s i s   of   s t a t i c   c l u s t e r   a n dy n a m i c   c l us t e r   h e a d .   Co m pa r e t o   L E A CH ,   t h e   c h o i c e   of   s t a t i c   c l us t e r s   e n s u r e s   t h e   s a v i n o f   t h e   e n e rgy   c o n s um e du ri n g   t h e   c l us t e r s   f o r m i n a n f i xi ng  t h e   n um b e r   o c l us t e r s   a t   i t s   o pt i m a l   v a l ue   z o p t   g i v e n   b y   [4]:     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N :   2502 - 4752       A   n e w   m odi f i c at i on   of   L E A CH   f or   e f f i c i e nt   e n e r gy   i W SN   ( T aous   L e c han i )   1499   z o p t = N 2   ε fs ε t w o r ay M d to   BS 2   (5)     F o r   a   W S N   w i t N   n o de s ,   t h e   s e n s o f i e l i s   pa rt i t i o n e i n t o   Z   e qua l   s i z e d   z o n e s   [2 3 - 25]   w h e r e   Z   i s   a   s qua r e   n u m b e r   gi v e n   by   (6).   F i gu r e   (a ),   (b a nd  (c s h o w s   n e t w o r pa r t i t i o n i ng  i nt o   v a r i o us   uni f o r m   s i z e c e l l s   f o r   N   =   1 00 ,   200   a n d   30 r e s pe c t i v e l y .     Z = {         4   N   x   0 . 05 6 9   6 < N   x   0 . 05 12 16   12 < N   x   0 . 05 20         (6)         (a Z   =   w hi l e   N     100     (b Z   =   9   w hi l e   10     20 0     (c Z   =   w hi l e   201      300     F i gu r e   3 .   N e t w o r p a r t i t i o n i ng  i n t o   v a r i o us   u ni f o r m   s i z e c e l l s       Co n t ra r y   t o   V S G - L E A CH ,   t h e   n o de s   c a n   b e   o ut s i de   t h e   r e gul a r   h e x a go n s .   I n   t h i s   c a s e ,   w e   a dj us t   m e m b e r s hi o f   o ut s i de   n o de s   a s   t o   b a l a n c e   c l us t e r s .   I n   o rde r   t o   r e duc e   t h e   e n e r gy   c o n s um pt i o n,   w e   a l s pe r m i t   t o   a l o n e   n o de s   fo r   w h i c h   t h e   di s t a n c e   t o   t h e   b a s e   s t a t i o n   i s   l o w e r   t h a n   t h e   di s t a n c e   t o   t h e   n e a r e s t   c l us t e r   c e nt e r,   t o   s e n d i r e c t l y   t h e i r   d a t a   t o   t h e   s i n k.   T h e   c o m m u ni c a t i o n   i n   t h e s e   pr o t o c o l s   us e s   t h e   r o u n a s   a   b a s i c   un i t .   E a c h   r o u n i s   m a de   up  of   s e t up  ph a s e   a n s t e a d y   s t a t e   ph a s e   w h i c h   i s   l o n ge r   t ha n   t h e   s e t up  o n e .   T h e   t i m e   f o r   e a c r o un d   i s   t r o u n d   [4]   a nd  i s   de f i n e d   by   (7).     t ro u n d   = 10. E 0   (7)     F i gu r e   4   s h o w s   t h e   c o n s t i t ut i o o f   o n e   r o und  o f   t h e s e   pr o t o c o l s .           F i gu r e   4 .   R o un d   i V S G - L E A CH   a n d   V H G - L E A CH       4. 2 . S e tu p   p h as e   D uri n t h i s   p ha s e ,   a   c l us t e h e a o f   e a c h   c e l l   (s qua r e   o r   h e x a go n i s   de s i g n e a n a   s c h e du l e   T D M A   (T i m e   D i v i s i o n   M ul t i p l e   A c c e s s i s   c r e a t e d.   It   a l s o   a s s i g n s   t o   e a c h   m e m b e r   n o de   a   s l o t   fo r   da t a   t r a n s m i s s i o n .   A t   t h e   f i r s t   r o und,   b e c a us e   of   t h e   s a m e   i ni t i a l   e n e r gy   of  e a c h   n o de ,   t h e   n e a r e s t   n o de   t o   t h e   c e nt e of    e a c h   z o n e   i s   de s i g n e a s   CH .   S t a r t i n f r o m   t h e   s e c o n r o u n d ,   r e s i du a l s   e n e r gi e s   a n d i s t a n c e s   t o   t h e   c e n t e r   o 0 20 40 60 80 100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 20 40 60 80 100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 20 40 60 80 100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I SSN :   2502 - 4752   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   20 ,   N o .   3 D e c e m be r   2 020   :     14 95   -   15 06   1500   e a c h   z o n e   a r e   c o n s i de r e t o   c h o o s e   t h e   n e w   C H s .   S o ,   t h e   p r o b a b i l i t y   of   b e c o m i n CH   i s   di r e c t l y   pr o po r t i o n a l   t o   r e s i dua l   e n e r gy   a nd  i n v e r s e l y   pr o po r t i o na l   t o   di s t a n c e .   T h e   w e i gh t   W (i )   o f   e a c h   n o de   (i i s   c a l c ul a t e   by   t h e   f o l l ow i n (8 ).     W ( i ) = α . E n e r g y r es   ( i ) +   β D i s t ( i )   (8)     W h e r e   E n e r g y r es   ( i )   i s   t h e   r e s i du a l   e n e r gy   of   t h e   n o de   (i a nd  D i s t   (i i s   i t s   di s t a n c e   t o   t h e   c e nt e r   o f   t h e   c e l l .     a r e   w e i ght s   a s s i g n e t o   r e s i d ua l   E n e rgy   a n d   D i s t a n c e   t o   c e l l   c e n t e r   a c c o r di n g   t o   i t s   i m po rt a n c e .     In   e a c h   c e l l ,   t h e   n o de   h a v i n t h e   h i g h e s t   w e i ght   i s   s e l e c t e t o   b e   t h e   n e w   c l us t e r   h e a f o r   t h e   n e x t   r o und.     W i t h   t h i s   a pp r o a c h ,   n o de s   n e a t o   t h e   c e nt e r   o f   t h e   s qu a r e s   w i t h   hi g r e s i dua l   e n e r gy   a r e   f a v o r e t o   b e c o m e   c l us t e h e a ds .   Co n s e que n t l y ,   w e   b a l a n c e   t h e   e n e r gy   c o n s um p t i o a nd  t h e r e f o r e   e xt e n d   t h e   n e t w o r l i f e t i m e .     4. 2 . 2   S te ad s tat e   p h as e     T h i s   p h a s e   i s   di v i de i nt o   f r a m e s .   D u r i n e a c h   f r a m e ,   e a c h   n o de   s e n ds   o n e   m e s s a ge   t o   t h e   CH   duri n i t s   s l o t   us i ng  o f   t h e   T D M A   s c h e du l e .   O ut s i de   t h e i r   s l o t s ,   t h e i r   c o m m u n i c a t i o n   i nt e r f a c e s   a r e   s w i t c h e off .     In   t hi s   w a y ,   n o de s   s a ve   t h e i r   e n e r gy .   T h e   s l o t   t i m e   w h e r e   a   n o de   t ra n s m i t s   da t a   i s   c o n s t a n t ;   s o   t h e   t i m e   t s e n a   f r a m e   o da t a   de pe n ds   o n   t h e   n u m b e r   o n o de s   i n   t h e   c l us t e r .   T h e   c l us t e r   h e a ds ,   f r o m   t h e i r   p a r t ,   re c e i v e   a n d   a g g r e ga t e   da t a   t h e t ra n s m i t   t h e m   t o   t h e   b a s e   s t a t i o n .       4. 2 . 3   VSG - LEA C H   al go r i th m   T h e   ps e udo   c o de   o f   t h e   V S G - L E A CH   a l go r i t h m   i s   gi v e i A l go r i t h m   1 .     A l go r i t hm   1   1:   A s s um e   N ,   P ,   E 0 ,   Z   a r e   kno w n;   2:   G e ne r a t e   N   r a n do m   no de s ;   3:   P a r t i t i o t he   ne t w o r k   a r e a   i nt o   Z   e q ua l   s qua r e s ;   4:   r o und: =   0   5:   f o r   z = t o   Z   do   6:   C a l c ul a t e   t h e   c e n t e r   o f   t he   s q ua r e ( z ) ;   7:   N B ( z ) : =   t o t a l   num b e r   o f   c l us t e r ( z )   m e m be r s ;   8:   e n d   f o r   9:   f o r   i = 1   to   N   do   10:   E ne r gy r e s ( i ) :   = E 0   ;   11:   e n d   f o r   12:   : =  ( ) 1   13:   w h i l e   E Ne t   >   0   do   14:   f o r   z = t o   Z   do   15:   f o r   i = 1   to   N B ( z )   do   16:   ( ) = .    ( ) +    ( )     17:   e n d   f o r   18:   C H ( z )   : =   no de ( i )   w i t h   m a x   W ( i )   19:   e n d   f o r   20:   T :   =   0   21:   w h i l e   T   <   t r o u n d   do   22:   N o de s   o f   e a c s qua r e   s e nd   da t a   t o   t he i r   C H ;   23:   E a c c l us t e r   h e a d   a g g r e g a t e s   a nd   s e nds   i t s   da t a   t o   t he   ba s e   s t a t i o n;   24:   e n d   w h i l e   25:   f o r   i = 1   t o   N   do   26:   C a l c ul a t e   N e w E n e r g y r e s ( i )   ;   27:   e n d   f o r   28:   : =   ( ) 1   29:   r o und:   =   r o und  +   1   30:   e n d   w h i l e         4. 2 . 4     V G H - LEA C H   a l go r i th m   A l go r i t h m   2   gi v e s   t h e   w o r ki n g   p r o c e dur e   o f   t h e   V H G - L E A C H   pr o t o c o l .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N :   2502 - 4752       A   n e w   m odi f i c at i on   of   L E A CH   f or   e f f i c i e nt   e n e r gy   i W SN   ( T aous   L e c han i )   1501   A l go r i t hm   2   1:   A s s um e   N ,   P ,   E 0 ,   Z   a r e   kno w n;   2:   G e ne r a t e   N   r a n do m   no de s ;   3:   P a r t i t i o t he   ne t w o r k   a r e a   i nt o   Z   r e g ul a r   h e xa g o ns ;   4:   r o und:   =   0   5:   f o r   z   = t o   Z   do   6:   C a l c ul a t e   t h e   c e n t e r   o f   t he   he x a g o n( z ) ;   7:   N B ( z ) =   t o t a l   n um be r   o f   c l us t e r ( z )   m e m be r s ;   8:   e n d   f o r   9:   f o r   i   = t o   N   do   10:   E ne r gy r e s ( i ) :   = E ;   11:   e n d   f o r   12:   : =  ( ) 1   13:   f o r   i   =   1   t o   N   do   14:   if   no de ( i )   i s   i n   t he   he xa g o t h e n   15:   A f f e c t   t h e   I D   c l us t e r   h e xa g o n;   16:   e l s e   17:   C a l c ul a t e   t he   di s t a nc e   t o   t he   c l o s e s t   c e n t e r   o f   he xa g o n;   18:   if   t o   c l o s e s t   <   d   t o   b a s e   s t a t i o t h e n   1 9:   A f f e c t   I D   c l us t e r   t o   no de ( i ) ;   20:   e l s e   21:   N o de ( i )   s e nd   da t a   d i r e c t l y   t o   B S ;   22:   e n d   i f   23:   e n d   i f   24:   e n d   f o r   28:   w h i l e   E Ne t   >   0   do   29:   f o r   z = t o   Z   do   30:   f or   i = 1   t o   N B ( z )   do   31:   ( ) = .    ( ) +    ( )   32:   e n d   f o r   33:   C H ( z )   : =   no de ( i )   w i t h   m a x   W ( i )   34:   e n d   f o r   35:   T   :   =   0   36:   w h i l e   T   <   t r o u n d   do   37:   N o de s   o f   e a c s qua r e   s e nd   da t a   t o   t he i r   C H ;   38:   E a c c l us t e r   h e a d   a g g r e g a t e s   a nd   s e nds   i t s   da t a   t o   t he   ba s e   s t a t i o n;   39:   A l o ne   no de s   s e nd   t he i r   da t a   t o   B S     41:   e n d   w h i l e     42 f o r   i = t o   N   do   43:   C a l c ul a t e   N E w E ne r gy r e s ( i )   ;   44:   e n d   f o r   45:   : =   ( ) 1   46:   r o und:   =   r o und  +   1   47:   e n d   w h i l e         5   S I M U LA TI O N S   A N D   R ES U LT  A N A L Y S I S   5. 1 .      A s s u m p ti o n   an d   P ar am e te r s   T h i s   pa pe r   us e s   M a t l a b   R 2014a   a s   a   s i m ul a t i o n   pl a t f o r m   fo r   L E A CH   pr o t o c o l   a n f o r   t h e   t w i m p r o v e p r o t o c o l s   (V S G - L E A C H   a n V H G - L E A CH ).   In i t i a l l y ,   100  n o de s   a r e   de pl oy e un i f o r m l y   i n   a n   M   M   s qua r e   a r e a .   T h e   s i m u l a t i o n s   a r e   pe r f o m e fo r   t w o   b a s e   s t a t i o n   po s i t i o n s   w h i c h   a r e :   o ut s i de   t h e   s e n s i ng  f i e l a t   c o o r di n a t e s   ( 50,   175 a n d   t h e   c e nt e r   o f   t h e   s e n s i ng   fi e l a t   c o o r di na t e s   ( 50,   50) .   T h e   f o l l ow i n a s s um p t i o n s   a r e   m a de   f o r   t h e s e   s i m ul a t i o n s :     T h e   b a s e   s t a t i o i s   l o c a t e a t   f i xe po s i t i o a nd  i t s   l o c a t i o i s   k n o w n   by   e a c h   n o de .     T h e   l o c a t i o n   o f   s e n s o r   n o de s   a r e   k n o w n   a n d   f i xe a f t e r   de p l o y m e n t .     A l l   t h e   s e n s o r   n o de s   i t h e   n e t w o r a r e   g i v e n   t h e   s a m e   a m o unt   o f   e n e rgy   a n d   c a nn o t   b e   r e c h a rge d.   U s e pa r a m e t e r s   a r e   gi v e i T a b l e   1.             Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I SSN :   2502 - 4752   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   20 ,   N o .   3 D e c e m be r   2 020   :     14 95   -   15 06   1502   T a b l e   1 .   S i m u l a t i o p a r a m e t e r s   P a ra m e t e r   D e s c ri p t i o n   V a l u e   N   N u m b e r   o n o d e s   100   M   x   M   N e t w o rk   s i z e   1 0 0   x 1 0 0   (m 2 )   (X 0 ,Y 0 )   L o c a t i o n   o t h e   b a s e   s t a t i o n   (5 0 , 1 7 5 )   E 0   In i t i a l   e n e r g y   o f   n o d e s   2   J   P   P e r c e n t a g e   o c l u s t e r   h e a d s   5%   E TX   E n e r g y   t o   t ra n s m i t   o n e   b i t   0 . 5   n J / b i t   E RX   E n e r g y   t o   r e c e i v e   o n e   b i t   0 . 5   n J / b i t   E A G   A g g r e g a t i o n   e n e r g y   5   n J   amp   A m p l i fi c a t i o n   f a c t o fo r   f r e e   s p a c e   m o d el   1 0   p J / b i t / m 2   t w o _ ra y   A m p l i fi c a t i o n   f a c t o fo r   f r e e   m u l t i - p a t h   m o d e l   0 . 0 1 3   p J / b i t / m 4   d 0   Cro s s o v e d i s t a n c e   8 7   m   K   P a c k e t   s i z e   5 0 0   b y t e s   ,   W e i g h t i n g   c o e ffi c i e n t s   0 . 5       5. 2 .      D i s c u s s i o n s   an d   R e s u l ts   I n te r p r e ta ti o n   T h e   de pl oy m e n t   o f   100  s e n s o n o d e s   ov e r   a n   a r e a   o f   100  X 1 00  m 2   a n t h e i r   c l us t e ri n a r e   s h o w n   i t h e   t hr e e   p r o t o c o l s .   F i gur e   gi v e s   a n   e xa m pl e   o c l us t e r i n i n   L E A CH   r o un d ,   w h i c h   s h o w s   t h a t   t h e   n u m b e r   of   c l us t e r s   de v i a t e s   s t r o n g l y   f r o m   t h e   o pt i m a l   v a l ue   f i v e   (9  c l us t e r s   i n   t hi s   r o un d) .   A l l   t h e   n o de s   m a r ke w i t h   t h e   s a m e   c o l o r   b e l o n t o   t h e   s a m e   c l us t e r.   B l ue   s qu a r e s   d e s i gn   c l us t e h e a ds   a n d   r e s t a r s   r e p r e s e n t   de a n o de s .   W e   s e e   t h a t   t h e   n o de s   f ur t h e s t   a w a y   f r o m   t h e   b a s e   s t a t i o n   e x h a us t   t h e i r   e n e r gy   ve r y   qui c kl y .   F o r   a   n e t w o r o f   100  n o d e s ,   i n   V S G - L E A CH ,   t h e   n e t w o r i s   de v i de i n t o   f o ur   e qua l   s i z e   s qua r e s   a s   s h o w e n   i F i gu r e   6.   T h e   n o de s   of   e a c h   s qua r e   f o r m   a   c l us t e r .   T h e   s e c o n p r o po s e pr o t o c o l ,   V H G - L E A C H ,   i m p r o v e s   t h e   W S N   pe r f o r m a n c e s   by   pa v i n t h e   s e n s i ng  a r e a   w i t h   f i v e   e qua l   s i z e   h e xa go n s .   I n   F i g u r e   7,   w e   s e e   t h e     h e xa go n a l   c l us t e ri n a s   de f i n e i n   V H G - L E A CH   a l go r i t hm .   T h e   r e c r o s s e s   r e pr e s e nt   t h e   c l us t e c e n t e r s   (s qua r e   o r   h e xa go n ) .   F i g u r e   s h o w s   t h e   v a r i a t i o n   o f   t h e   n u m b e r   o c l us t e r s   a c c o r di n t o   t h e   r o u n d .   It   i s   c l e a t h a t   t h e   n um b e r   o f   c l us t e r s   de v i a t e s   s t r o n gl y   f r o m   t h e   o pt i m um   v a l ue   a n c a n   r e a c h   i t   m o r e   t h a t i m e s .     T h i s   e xpl a i n s   t h e   l o a i m b a l a n c e   i n   L E A CH   pr o t o c o l .   T h e   s i m ul a t i o n   r e s ul t s   a r e   c o m pa r e w i t h   t h e     s i m ul a t i o n   r e s ul t s   o f   L E A CH   pr o t o c o l .   T h e   pe r f o r m a n c e   c r i t e r i a   us e i n   t h i s   pa pe r   a r e   t h e   n e t w o r l i f e t i m e   a n e n e r gi e   c o n s u m pt i o n.           F i gu r e   5 .   E xa m p l e   o f   c l us t e r i n g   w i t h   L E A CH   pr o t o c o l           F i gu r e   6 .   C l us t e r i ng  w i t V S G - L E A CH   pr o t o c o l   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N :   2502 - 4752       A   n e w   m odi f i c at i on   of   L E A CH   f or   e f f i c i e nt   e n e r gy   i W SN   ( T aous   L e c han i )   1503       F i gu r e   7 .   E xa m p l e   o f   c l us t e r i n g   w i t h   V H G - L E A CH   pr o t o c o l           F i gu r e   8 .   N u m b e r   o f   c l us t e v s .   r o und  num b e r   i L E A CH       5. 2 . N e tw o r k   l i fe t i m e   W e   de f i n e   i t   a s   t h e   e l a ps e t i m e   f r o m   t h e   s t a rt   t o   t h e   F i rs t   N o de   D e a t (F N D ).   T hi s   p a ra m e t e m e a s u r e s   t h e   s t a b i l i t y   p e r i o d.   D e pe n d i n o n   t h e   a pp l i c a t i o n s ,   t h e r e   m a y   be   r e qui r e m e nt s   o n   t hi s   s t a b i l i t y   pe r i o d.   W e   a l s o   m e a s ur e a n c o m pa r e t h e   H a l f   N o d e   D e a t h   (H N D a n t h e   L a s t   N o de   D e a t h   (L N D w h i c h   c o r r e s po n ds   t o   t i m e   de a t h   o f   50%  n o de s   a nd  a l l   t h e   n o de s ,   r e s pe c t i v e l y .   T h e   n e t w o r l i f e t i m e   o f   L E A CH   a n o ur   t w o   i m pr o v e pr ot o c o l s   a r e   i l l us t r a t e i n   F i gu r e   (a f o r   t h e   b a s e   s t a t i o n   l o c a t e a t   c oo r di na t e   (50, 1 75) .   W e   ob s e r v e   t ha t   V S G - L E A CH   i m p r o v e s   t h e   n e t w o r l i f e t i m e   by   49. 77%  a s   c o m pa r e t o   L E A CH .   W i t h   V H G - L E A CH ,   F N D   i s   i m p r o ve by   52. 01%  c o m pa r e t o   L E A CH .   W h i l e   t h e   b a s e   s t a t i o n   i s   l o c a t e d   a t   t h e   c e n t e r   o f   s e n s i n g   a r e a ,   i n   F i g u r e   (b ),   w e   c a n   s e e   t h a t   V H G - L E A C H   e xt e n ds   t h e   n e t w o r l i f e t i m e   by   169. 67% .   U nl i ke   L E A CH ,   o ur  r e s ul t s   s h o w   t h a t   de a d   n o de s   a r e   m o r e   e v e n l y   di s t r i b ut e i t h e   n e t w o r w i t V S G - L E A CH   a n d   V H G - L E A CH   pr o t o c o l s .   T h e   p r o po s e pr o t o c o l s   i m p r o ve   bo t h   s t a b l e   a n i n s t a b l e   pe r i o ds .   T h i s   i s   m a i n l y   due   t o   t h e   c o n t r o l   of   t h e   n u m b e r   of   c l us t e r s   a n t h e   e v e n   di s t r i b ut i o n   o f   c l us t e r   h e a ds   a c r o s s   t h e   n e t w o r a r e a .   M o r e o v e r ,   t h e   c h o i c e   of   t h e   c l us t e h e a i s   m a de   i n s i de   t h e   c l us t e r ,   w h i c h   s a v e s   t h e   e n e r gy   c o n s um e duri n t h e   c l us t e r s   f o r m a t i o n   i n   L E A CH   pr o t o c o l .   T a b l e   2   s h o w s   t h e   n e t w o r l i f e t i m e   i n   t e rm s   o f   num b e o f   r o un ds   u n t i l   F N D ,   H N D   a n d   L N D .       T a b l e   2 .   Co m p a r i s o o f   n e t w o r l i f e t i m e   o f   pr o t o c o l s   BS   p o s i t i o n   %   D e a d   n o d e s   L E A CH   V S G - L E A CH   Ra t e   V S G - L E A CH   V H G - L E A CH   Ra t e   V H G - L E A CH   (5 0 , 1 7 5 )   1   (F N D )   671   1005   4 9 . 7 7 %   1020   5 2 . 0 1 %     5 0   (H N D )   1683   1714   1 . 8 4 %   3390   1 0 1 . 4 2 %     1 0 0   (L N D )   2680   2926   9 . 1 7 %   4850   8 0 . 9 7 %   (5 0 , 5 0 )   1   (F N D )   1576   3944   1 5 0 . 2 5 %   4250   1 6 9 . 6 7 %     5 0   (H N D )   3890   4474   1 5 . 0 1 %   5391   3 8 . 5 9 %     1 0 0   (L N D )   5802   5518   - 4 . 8 9 %   6060   4 . 4 5 %   0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 5 10 15 20 25 R o u n d s N u m b e r   o f   c l u s t e r s Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I SSN :   2502 - 4752   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   20 ,   N o .   3 D e c e m be r   2 020   :     14 95   -   15 06   1504     (a )       (b )     F i gu r e   9 .   A l i v e   n o de s   v s .   i t e ra t i o n s :   a )   B S   (50 , 175) ,   b B S   (5 0, 50)       5. 2 . R e s i d u al   En e r gy     F i gu r e   10  ( a s h o w s   a   c o m pa r i s o b e t w e e n   t h e   t o t a l   r e s i d ua l   e n e r gy   of   t h e   n e t w o r w hi l e   t h e   b a s e   s t a t i o n   i s   l o c a t e o ut s i de   t h e   f i e l d.   It   i s   o bv i o us   t h a t   V H G -   L E A CH   pr o t oc o l   e n s ur e s   a   hi g h e r   t o t a l   r e s i du a l   e n e r gy   w h i c m e a n s   t ha t   t h e   n e t w o r c o ul s ur v i v e   fo r   a   l o n ge r   pe ri o o f   t i m e .   I o u r   a pp r o a c h,   t h e   n o de s   w i t h   m o r e   r e m a i ni n g   e n e r gy   w e r e   s e l e c t e a s   t h e   CH   m o re   f r e que n t l y   t h a t h e   n o de s   w i t h   l e s s   r e m a i n i ng  e n e r gy ,   s o   t h e   e n e r gy   c o n s um pt i o n   w a s   b a l a n c e d.   A n   i m p r o v e m e n t   o f   9. 18%  a n 80. 9 7%  a ga i n s t   L E A CH   i s   ob s e r ve w i t h   V S G - L E A CH   a n V H G - L E A CH   r e s pe c t i v e l y .   In   t h e   c a s e   w h e r e   t h e   b a s e   s t a t i o n   i s   a t   t h e   s e n s i n a r e a   c e nt e r,   s i m ul a t i o n   r e s ul t s   a r e   p r e s e nt e i n   F i gu r e   10  (b ).   W e   c a n   s e e   t ha t   V H G - L E A CH   i m p r o v e s   r e s i dua l   e n e r gy   c o n s um p t i o n   by   4. 45%.   T h e   e ffe c t i v e n e s s   of  V H G - L E A C H   i s   m o r e   i m po r t a nt   w h i t l o ng  d i s t a n c e s .   T a b l e   s h o w s   t h e   n e t w o r e n e r gy   c o n s um pt i o n   i t e rm s   o f   t h e   num b e o f   r o unds .       T a b l e   3 .   Co m p a r i s o o f   n e t w o r e n e r gy   c o n s um pt i o o f   pr o t o c o l s   BS   p o s i t i o n   %   E n e r g y   c o n s u m p t i o n   L E A CH   V S G - L E A CH   Ra t e   V S G - L E A CH   V H G - L E A CH   Ra t e   V H G - L E A CH   (5 0 , 1 7 5 )   25   339   434   2 8 . 0 2 %   360   6 . 1 9 %     50   783   905   1 5 . 5 8 %   944   2 0 . 5 6%     75   1237   1380   1 1 . 5 6 %   1890   5 2 . 7 9 %     100   2680   2926   9 . 1 8 %   4850   8 0 . 9 7 %   (5 0 , 5 0 )   25   896   1123   2 5 . 3 3 %   1332   4 8 . 6 6 %     50   1783   2243   2 5 . 8 0 %   2661   4 9 . 2 4 %     75   2785   3363   2 0 . 7 5 %   3889   3 9 . 6 4 %     100   5802   5434   - 6 . 3 4 %   6060   4 . 4 5 %     0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 I t e r a t i o n s N u m b e r   o f   a l i v e   n o d e s     V H G - L E A C H V S G - L E A C H L E A C H 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 I t e r a t i o n s N u m b e r   o f   a l i v e   n o d e s     V H G - L E A C H V S G - L E A C H L E A C H Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.