TELKOM NIKA Indonesia n  Journal of  Electrical En gineering   Vol.12, No.7, July 201 4, pp . 5591 ~ 55 9 8   DOI: 10.115 9 1 /telkomni ka. v 12i7.561 2          5591     Re cei v ed  Jan uary 9, 2014;  Re vised Feb r uar y 25, 201 4 ;  Accepte d  March 8, 2014   Construction Protocol of Wireless Sen s or Network  Based on Centralized Clustering Routing and Time  Division Multiplexing MAC Protocol      Shitao Yan 1 * ,  Mianrong Yang 2   1 Hena n Institute of Science and Te ch n o l ogy, Hena n Xinxiang, 453 003, Chi n a   2 Xinxiang Uni v ersity, Hena n Xinxiang, 45300 3, Chin a   *Corres p o ndi n g  author, e-ma i l yanshitaoh kd@1 63.com       A b st r a ct   LEACH is a ro uting pr otoco l  base d  on cl usterin g  in w i rele ss sensor net w o rks and is b a sed o n   a   low  pow er  ad aptive  hi erarc h ical  ro uting   alg o rith des i gn  of w i reless  sens or n e tw ork. T i me  divi si o n   mu ltipl e xi ng  mecha n is m is fo r each w i reles s  sensor  n e tw ork nod e distri butio n in dep en dent ti me sl ots for   data transc e iv e r , and th e no d e  into s l e ep st ate in  other  fre e  time sl ot. T h i s  pap er i n trodu ces MAC pr oto c ol   base d  o n  ti me  divisi on  multip l e xin g . T he p a p e r pro poses  co nstruction  prot ocol  of w i reles s  sensor  netw o rk   base d  o n  c entr a li z e d  c l usteri n g  ro uting  an d ti me  div i si o n   mu ltiplex i n g  MAC   protoco l . T he s i mulati on  resu lts  show  that the LEACHEE proto c ol c an effectiv ely red u ce net w o rk energy  co nsu m pti on, pro l on g the netw o rk   life cycle.      Ke y w ords :  wireless sensor network, tim e  division  mu ltip lex i ng, centra li z e d  clusterin g  routi n g     Copy right  ©  2014 In stitu t e o f  Ad van ced  En g i n eerin g and  Scien ce. All  rig h t s reser ve d .       1. Introduc tion  In wirel e ss sensor n e two r ks, me dium  ac ce ss cont rol  (medi um acce ss cont rol,  MAC)   proto c ol s det ermin e  the u s ag e mod e  o f  wirele ss ch annel, the  un derlying i n fra s tru c ture to b u ild  sen s o r  net works th rou g h  the allocation of the  li mited re so urce of  wirel e ss  com m uni cation   betwe en the  sen s o r  no de s. The bottom  part of t he MAC protoco l  in sen s or  ne tw o r k  pr o t oco l ,   has  a great  effect on the  perfo rman ce  of sen s o r   n e tworks, is t he key to en sure the  efficient  comm uni cati on network protocol s in wi reless sen s or  netwo rks.   Wirel e ss sen s or n e two r ks (WSN) is d eployed in the monitori n g  area by the larg numbe r of cheap mi cro sen s o r  nod e s , a self-o rg anized net work  system t h rou gh wi rel e ss  comm uni cati on to form, its purpo se i s  to  coo p e r ative  sen s in g, coll e c ting a nd p r o c e ssi ng n e twork   informatio n o f  object in t h e cove rag e  a r ea, a nd  sen d  it to the ob serve r . Be ca use th e no de s of  wirel e ss  se n s or net works, ener gy sto r age,  com p u t ing ca pa city   and other con s trai nts,  t h e   traditional wireless  routing proto c ol are not  suit abl e for wi rele ss se nso r  net works [1]. Therefo r e,  the desi gn ca n effectively save energy, prolon g the  net work life cycl e routing p r ot ocol, is of gre a signifi can c e   to wirele ss  sen s o r  n e twork.  The  cl uster ba se d  routin g p r o t ocol  ha s g ood  performanc e  in this  aspec t.  In wirele ss  sen s o r  n e tworks, e n e r gy  efficien cy i s  a n  imp o rt ant index  of network   perfo rman ce.  It con s um es a very  stri ct limits on  ene rgy, shoul d b e  as little  as  p o ssible  ene rg con s um ption  to prol ong  th e net work life  cycl e to.  T h e r efore, to d e sign a  go od  ro uting p r oto c ol , it  is ne ce ssary to redu ce un necessa ry en ergy co ns um ption. This pa per mainly di scusse s the low  energy ad apt ive clu s te ring  protoc ol (LE A CH), poi nts out the  d e fe cts  of LEA C H p r oto c ol,  a n d   gives corre s p ondin g  soluti on to be opti m ized.   Becau s of the wi de u s of miniaturi z e d  se nsor n o d e s, no de in t he supply of  energy,  comp uting po wer  an d storage spa c e   a nd  oth e r har dwa r re sou r ce s a r e ve ry  limited, the  MAC  proto c ol m u st  be de sign ed  with ene rgy  saving  as a  pre r eq uisite.  For  WMSN, t he tran smi s si on   and  compl e x pro c e ssi ng ta sk,  while p r ov iding Q o S gu arante e  mu st  con s id er h o w to efficient u s of these re so urces, QoS  sensitivity is an impor ta nt feature of WMS N , embodi ed  in the audio a nd  video quality, netwo rk d e l a y, energy consumpt ion  and net wo rk  media info rm ation processing  asp e ct s of.  WMSN comp ared  with  th e traditio nal  WSN, MA proto c ol  de si gn n eed to   pay  attention to the quality of service m o re.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 7, July 201 4:  5591 – 55 98   5592 LEACH (Low  Energy A dapt ive Clu s teri ng  Hie r a r chy)  protocol  is a  ro uting p r oto c ol  ba sed   on  clust e rin g  in wi rele ss  sen s o r  n e tworks, by  peri odically ele c ts  clu s ter  he ads ra ndoml y  to  ensure th at the node s have equ al  cha n ces to  be the cl u s ter h ead,  balan ce d en ergy  con s um ption  of nod es,  so   as to  a c hieve  the p u rp ose  of extendi ng  the  n e two r life cycl e. Th e   clu s terin g  id e a  ru ns thro u gh a l o t of cl uster  ba se d routing p r oto c ol wa pro p o s ed. T he  pap er  prop oses co nstru c tion  p r otocol  of  wireless  se nsor network b a s ed  on  centralize d   clu s tering   routing a nd time division m u ltiplexing M A C proto c ol.       2. Rese arch  of LEACH  Centrali zed Cl usterin g  Ro uting Proto c ol in WSN  Aiming at the defect s  of LEA CH  C protocol in  wireless se n s or networks, this pap er  pre s ent cl usteri ng  ro uting p r oto c ol  b a se o n  e n e r gy estim a tes  based  on  LE ACH C proto c ol.  The ag reem e n t on the ene rgy con s u m pt ion is e s timat ed, redu cin g  the traffic se n s or  node s an d   a base statio n, energy saving of the wh ole network.  WSN  can b e  divided into two research  dire ctio n s  of topolo g y control: powe r  con t rol an d   hiera r chi c al t opolo g y co nt rol. Th e tra n s mit po we o f  each n ode  power  co ntro l mechani sm  to   adju s t the network, to gua rantee n e two r k conn ecti vity, the number of direct ne ighbo rs in th e   equilibrium  (up to a number of nei ghbors nodes in  si ngle hop) at t he same tim e , to reduce t h e   interferen ce  b e twee n n ode s. Hi era r chi c a l  topolo g y co ntrol i s  the  u s e of  clu s terin g , so  that p a rt  of  the node s in  the netwo rk is active, be come the cl ust e r he ad no de  [2]. The cluster hea d nod es  con s tru c t a conne cted n e twork to the transmi ssi on a nd processin g  of data in the network, an d   regul arly or i rre gula r ly to sele ct clu s ter  head nod es, to balance  the  energy consumption  of  node s. In WS N, the wirele ss co mmuni ca tion modul e n ode in p o we transmissio n state suprem e,  receiving stat e and the idle  stat e power  of the dorma nt state,  the lowe st po wer  con s um ption.   LEACH p r oto c ol is  ba sed  on a lo w po wer ad apt ive hi era r chical ro u t ing algo rithm  desig n   of wirele ss sensor net work, routing p r o t ocol is  propo sed first. Its  basi c  idea i s  to the circul ation   of the rand o m  sele ction o f  cluste r hea d node s,  oth e r no de s clu s ter g r ou ping  according to  the   sign al stre ngt h received from the clu s te r head,  ma ki ng the wh ole  netwo rk e n e r gy load avera g e   assign ed to  e a ch  sen s o r  n ode, the r e b redu cin g  the   netwo rk e nergy co nsumpti on, imp r ove t he  survival time  of the entire  netwo rk. T he  LEACH  p r oto c ol defin es th e con c e p tion  of "round", e a c roun d con s i s ts  of a clu s ter  is esta blish e d   an t he  ste ady state  ph ase. In  a  clu s ter, th e cl uster  head  sel e ctio n is rand om.  For a  nod e n,  whi c were randomly  sele cted from a  random  num b e r   betwe en  0 to  1, if the  nu mber is  le ss  than a  thre sh old valu e of  T (n ), n ode  n  as is the  clu s ter  head n ode to  it.  If the cluste r stru cture iso m orp h ic  clu s t e ri ng  metho d ,  the clu s ter  energy is oft en the   distan ce f r o m  the b a se  station  nea con s um ption  must b e  rela tively large, l eadin g  to a   new  roun d of cluster head ele c tion, cau s ing  the entir e net work to su sp end wo rk, even in the earl y   stage  of  nod es i n to  death .  To avoi d thi s   situati on,  th e p r elimin ary  algo rithm  u s ing  clu s ter si ze  hetero gen eo us  clu s te structure, n a me ly the di stan ce f r om  the  base  station   is fa r tha n  t he  dist an ce b e t w ee n clu s t e r st ru ct ur e ba se station n e a r  larg e, to  bal ance the en e r gy co nsumpt ion  of data forwa r ding.   Duri ng the  d eployment of  netwo rk, the ba se   stati on tra n smi s si on po we r of  a given  netwo rk  to broad ca st  a sig nal.  Ea ch se nso r  node  re ceive s  the  si gnal, a c co rdi ng to t he  stre ngth   of the received sig nal to cal c ulate it to approxim at e the distan ce from the b a se  station. This  distan ce, n o t only co ntrib u te to the sensor n ode s tran smit dat a to the ba se station  wh en   sele cting the  transmit power availabl e to redu ce  the  energy con s u m ption, and it is still one of the   size of the no n uniform  clu s terin g  algo ri t h m to con s tru c t the informa t ion necessa ry.  This p ape r a s sume s that the N  sen s o r   node rand o m ly distrib u te d in the A re gion an the sen s o r  ne twork ha s the  following  cha r acte ri stics:  (1) T he network d eploym e nt is com p let ed, all node s are statio nary, and the node ca obtain the po sition informa t ion.  (2) The net work scale  i s   small;  all node s can   communi cate with  the ba se  station   dire ctly. The base station  only is fixed position.   (3) T he o r d i nary no de  energy is li mited, and  has th e sa me co mputa t ional,  comm uni cati on ability an d initial ene rgy, and ene rgy and comp uting ca pabili ty of base st ation   without limit.  WSN n ode s energy con s u m ption mod e l  data as follo ws.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     Con s tru c tion  Protocol of Wirele ss Se nso r  Ne twork Ba sed o n  Ce ntralize d … (Shit ao Yan)  5593 Senso r  n ode s tra n smit t he con s ump t ion of R b i t packet en ergy, is  sh o w n by     Equation (1).     P t  (R, d) =r (a 1 +a 2 d n )                                                                                                                           (1)     Whe r e: d i s  t he di stan ce  betwe en the  two no de s; a 1  is ind epen d ent of the di stan ce,  whi c com p ri se s tra n smitting ci rcuit en ergy  con s um ption; a 2  is related to th e  distan ce  of  the  weig ht; n is the path loss e x ponent, usu a lly from 2 to 4.  The LEA CH  algorith m  will  load u n iformly di strib u te d thro ugh out  the net work,  gre a tly  save s the  en ergy lo ss in t he p r o c e s s of  com m uni cati on. Rotation  algorith m  cl u s ter  hea d p o sition   to load  rem o te com m uni cation in tu rn  assign ed to t he net wo rk n ode, the  wh o l e sy stem  ca n   prolo ng the  survival time of. In addition, the clu s ter head n ode  use s  a d a ta  fusion  and d a ta   comp re ssion  techn o logy in  the pro c essi ng of t he data ,  the data transmi ssi on is  greatly re du ced.  In orde r to p r olong th e net work life  cycl e, sho u ld try to ch oo se the  clu s ter n ode  resid ual  energy as clu s ter he ad no de is the high est, and let  the different no de rotation was ele c ted. This  part a dopt s cluster he ad e l ection  metho d  of re sid ual  energy of cl u s ter  hea d rotation ba se on   clu s ter. Th e main ide a : cl uster  hea d in  the clu s ter i s  re sp on sible  for the coll e c tion of no de s in  the cluste r da ta. In  the cluster head no d e s to tr an smit data, the residual ene rgy of the nodes  in  the data  bits  adde d value  after a. Th cl uster he ad  wi ll data forwa r ding, ea ch  no de of the  ene rgy  of a sim p le  sort, be cau s no maintai n in g total or deri n g all the e n e r gy of the nod e, you only n eed  to kno w  a few node re sid u a l  energy is hi gh, so the ma ximum heap  sort meth od.   LEACH i s  a  typical ad ap tive cluste rin g   proto c ol, n ode s in the  netwo rk th ro ugh th e   rand om way self org ani ze  into clu s ters, the clu s ter he ad se nd s dat a in time slots are assig ned  to   the clu s ter h ead, the re ce ived data fusi on in ea ch frame after the  end of dire ct  commu nication  with the  base  station [3]. Node s in  clu s ter h ead,  b a la nce th e net work en ergy  consumption,  but  the clu s ter h ead s are el e c ted, doe s n o t con s ide r  the node e n e r gy level, if th e node en erg y  is   very low,  still  want to  a c t a s   clu s ter he a d , it will  accel e rate  the  dea th. In additio n ,  the data  se nt  dire ctly to the base statio n, t he energy con s um ption  of the node is far f r om  base station s  is  very large, le ading to lo cal  node s die pr ematurely, the monitori ng  blind spot.  The radio  e nergy  co nsu m ption mo de l is wi th  the  sam e  reference. Wh en  data i s   transmitted e nergy con s u m ption, as is  sho w n by Eq uation (2 ).                                                                               (2)    Whe r e, k is t o  transmit da ta bit; d is as the actu al comm uni cati on dista n ce; d 0  i s  t he  distan ce  thre shol d, when  the trans missi on di stan ce  i s  le ss tha n  d 0 , power ampli f ier lo ss u s in g a   free spa c e m odel, othe rwi s e the p a th attenuati on m o del; Eelec  re pre s ent s en ergy and re ceiv ing  every bit data sendin g  nod e circuit;  ε  FX and  ε  amp denote re sp ect i vely t he coefficient of energy  con s um ption  amplifier in th e 2 attenuatio n mode.   (1) Ea ch no d e  has the  sa me maximu m transmit p o we r, its cov e rag e  is the  radiu s  of  circula r  re gio n s of the R,  and by adj usting  the transmit po we r in ord e r to  adapt to the   comm uni cati on of different  distan ce no d e s withi n  its coverag e (2) F o r e a ch  node to o b tai n  the re sid ual  energy  of the i r own, have  certai n sto r a g e  sp ace   to store the in formation of n e ighb or no de s;  (3) Ign o re the ob stacl e  factors such as  comm unication qu ality exist in the real   environ ment, to ensu r e that  all data packets ca n be rel i able tran smi ssi on.   The  clu s ter  head  LEACH protocol i s   random ly  gen erated,  the  selectio n me chani sm  without  co nsi derin g the  re sidu al e nergy and  no de ha d one   a num ber  of clu s ter head. On ce  t h e   remai n ing l e ss energy node to  becom e   a cluster head will  soon  run out  of energy, premat ure  death. The  cluster m e mb ers  will be n o  dead h a ir  out informati on and  conti nue to se nd  the   requ est si gna l, consu m ing l a rge am ount s of energy  to accele rate th e death, redu ce s the lifetime   of the whole  netwo rk.   In the cl uste r buildin g ph a s e, the first  node  as clu s ter he ad  ran domly dete r mined  by  base statio n.  The n u mbe r   of clu s ter  hea ds i s  d e termi ned a c co rdin g to the lo cati on, si ze  and t he  size of net wo rk m onitori ng  area. Is  sel e cted as th e cl u s ter h ead  of ID by the b a se station  are i n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 7, July 201 4:  5591 – 55 98   5594 the  net work b r oad ca st,  net work nod es b y   comp arin su ccessive  re ceived I D   with their o w n, the  same  a s  th clu s ter he ad.  After the  clu s ter h ead are  ele c ted, a n d  then  broad cast to  the  ent ire  netwo rk cl ust e r h ead  ID.  The  clu s ter  n ode in  ea ch  round  of data  tran smi ssi on  at the e nd  o f  a   frame, put to gether to  sen d  inform ation  to their  resi du al ene rgy of cluster hea d. Re sidu al ene rgy   of the nod es i n  the cl uste head  ele c tion , node  re si du al ene rgy i s  the big g e s t as the next ro u nd  of cluste r hea ds, thus e s ta blish ed the first layer clu s te r head.   Then  th e sta b le stage of a  ne w rou nd of  is dat a tra n smi ssi on. At  this  stag e, th e sen s or   node  will  mo nitor the  data  to the  clu s te r he ad,  clu s ter h ead  data  fusio n   with  clu s ter i dentif ier,  then tra n smit  the data to th e ba se  statio n, the amo unt  of data the  b a se station st atistics  for ea ch   clu s ter to  sen d  over the.  When  a data  transmi ssion   af ter the  end  of  the roun d, a nd it i s  the  ba se   station a c cording to the receive d  every cluste ring  data e s timate the ene rgy  remaini ng in  the   curre n t clu s te r all node s.   The se nsor n ode re ceive s   the R bit packet energy con s umptio n for:     Pr (R ) = r   β             ( 2 )     Type:  β  Lu to receive ene rg y coefficient.     P a (r 1 +r 2 r ) = r(r 1 +r 2 - r)  E rr ( k , d )= k E elec                                                                                                                                                                   (3)     Where S e nsor nodes  w ill be 2 data flow  R 1  an d R 2  fu sion en ergy di ssi pation  a p a cket of  R, as is  sh own by Equat io n (3 ). Deficie n cy of the  LE ACH  algo rith m in wi rele ss  sen s o r  n e two r ks,  lead s to the  unbal an ced l oad e n e r gy. This  pap er  mainly thro u gh the im pro v ement of  cl uster  head  ele c tion  algo rithm i s  t o  optimi z e th e LEACH  pro t ocol. Th e m a in go al is to a v oid the  node with lo ene rgy as  cluste r hea d,  cluste r h ead  num b e co ntrol to   achi eve o p timal  clu s ter  h ead,  redu ce u nev en distri butio n in each ro und of t he phenom eno n. In orde r to redu ce the en ergy  con s um ption  of the system  and it is the final  obje c tive to prolon g the  network life cycle.  The  se con d   layer  clu s ter  head  and  th e e s tabli s hm ent of  comm unication m o del an LEACH is  greatly different  from the. E a ch  rou nd  of the ele c tion  o f  the first l a yer  clu s ter  he ad  become s  the  com m on  no de  se cond  la yer cl uste r h ead, in  LEACH the s e n o des commu nicat e   with the  ba se  station  direct ly. By formula (1 ca n be   see n , the  am plifier  e nergy co nsumption  is  far greate r  than the  ci rcuit  ene rgy consumption,  energy co nsumption a n d  comm uni cat i on   distan ce  an d  amplifie r in   D h a s a  dire ct relation shi p , so  in  the  seco nd l a yer  clu s ter he ad,  fully  con s id erin g the re sid ual e nergy of n o d e s a nd  the n ode a nd the  base stat io n distan ce and other  factors.  Th e formation of se con d   laye is clu s ter  he ad threshold  cal c ulatio n a c cordi ng to t h e   following formula.    T ch = E residual  (i)/ BS distan ce (i)                                                                                                                      (4)    Formul a (4 ):  Whe r e E residual  (i) is re sidual en ergy  as clu s te r head s I iden tification;  BS distan ce ( i ) is identified as  betwe en clu s ter head an d  bas e statio n  I distance. Each roun d after   the first layer  in the clust e head s and  cl uster h ead e n e rgy high er th an a ce rtain value Eth (if th e   node i s  lo wer than Eth that node failu re ), each  clu s ter head i s  Tch, find the Tch  maximum val ue  is se co nd lay e r clu s te r hea d.  Whe n  the interval numb e r of round s (a  long  time), or the ene rg y of senso r  node s is  lowe r than  a  certai n value,  or a  ne w m e mbe r  no de s are  add ed, the ba se  stati on an d sen s or  node en ergy requi rem ents repo rt their own inform at io n, and acco rding to the re sidu al ene rgy  o f   the re ceived  informatio n to each no de  to estima te  the co rrectio n , the nume r ical the p r e c i s division, then  re selectio and cl uste r cl uste hea d. Comp ared wi th LEACH  - C, LEACH  EE  proto c ol do e s  not req u ire  sen s or n ode s to t he base station in  each rou nd  after rep o rtin g its   positio n, energy and other  informatio n, saving ene rgy  co sts. At the same time, th e interval time  of estimation  accuracy adj ustment, so the per fo rma n c e of LEACH EE protocol i s  better.       3. Protocol o f  Time Div i sion Multiplexi ng MAC  With the de velopment of  wirele ss co mmuni cation,  micro e le ctro nics manufa c turin g   techn o logy a nd se nsor te chn o logy, wireless  sen s or networks (WSN) have a r oused exten s ive   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     Con s tru c tion  Protocol of Wirele ss Se nso r  Ne twork Ba sed o n  Ce ntralize d … (Shit ao Yan)  5595 attention. WSN is  depl oyed in the  mo nitoring  re gi o n , a lot of int egratio n is compo s ed  of tiny  sen s o r  nod es sen s ing, dat a pro c e s sing  and wi rele ss  comm uni cati on and p o wer supply mo du le.  In intrusion  detection, target tracking,  environm ental monitoring, battlefield  surveillance,  Bio  Medical, em e r gen cy  re scu e  an d di sa st er  relief  and  indu strial pro c e s mo nitori ng  a ppli c atio ns the WSN h a s a wide ap plication pro s p e ct.  The po sitioni ng me cha n ism based on  distan ce i s  th roug h the a c tual dista n ce  or ra nge   measured be tween a d ja ce nt node s to determi ne th e unkno wn n ode po sition,  usually ra ng ing,  positio ning  a nd  corre c ting  the ste p s to  achiev e. Du e to the  dista n ce  and  the  angle  mea s u r ed  betwe en th e  nod es po si tioning  me ch anism,  u s ual ly based  on  dista n ce  hi gh p o sitio n in g   accuracy, but  the req u irem ents of h a rd ware i s   al so hi gher. T he p o s itionin g  me chani sm di sta n ce  indep ende nt betwe en with out  a c tual m easure m ent node  di stan ce o r  a ngle  ca se  ca n lo cate  the   unkno wn no d e ; this me ch anism  doe not need th e  actual m e a s urem ent, the  node h a rdware   requi rem ents are  red u ce d, more  suitable fo r l a rge-scale n e twork  appli c a t ions [4]. T h e   positio ning m e ch ani sm ind epen dent of distan ce  fro m  vulnerabl e  to environm ental impa ct and  redu ce the  positio ning a c cura cy, the erro r w ill b e  increa sed,  but enough  to satisfy the  locali zat i on f o r wir e le ss  sen s or n e t w o r ks.   The cl uste r h ead tra n smitt ed co ntinuo u s ly 5s   synchronization seq uen ce, into lo w po we r   mode, 5 s  at the en d of the  time calle d the syn c h r oni zation time  p o int, one of the 10 s poi nts, all  the se nsor n ode s in the d a ta in the re ceiving  wind o w  are at lea s t able to re ceive a compl e te  wa ke-up  com m and. T he first complete  synchroni zatio n  comman d   receive d  effective comm an d,  according to  the se que n c e n u mbe r node can  d e cid e  the lo cation  on a   time axis, af ter   cal c ulatio n, get away fro m  the synch r oni zati on ti me of long t. Can see, th roug h co ntin uou s   synchro nou 5s late r, all the se nsor n o des  c an  be  synchro n ized  to the synchroni zatio n  time  point.  The existen c e of WMSN a udio, video in formati on, at the sam e  time , there may be a text  informatio n, different p a ra meter  con c e r n differe nt  ap plicatio ns  of  different Q o S .  Therefore, t he  MAC protoco l  sho u ld be  d e sig ned a c co rding to th different bu si ness to p r ovi de differe ntia te d   servi c e s , whil e achi eving e fficient us e of  reso urce s in  the netwo rk  range.   De sign  of  MAC p r oto c ols i s  n eed  a bal an ce  betwe en v a riou pro p e r ties. T h e   perfo rman ce  of the bala n ce  between  is often  m o re imp o rtant  than individ ual pe rform a nce.   Becau s e  it is  not a  balan ce d ag ree m ent  good  pe rf orm ance even  in  the lab o rato ry, and it is b u also  may hav e poo perfo rmance in  a  real envi r onm en t. For  exa m ple, a  deal  if it too often  turn  off the wi reless transceiver  savi ng, not  only make the real-time a nd reliability i s  affected, packet  loss retran sm issi on cau s ed  will influen ce  the effect of  energy savin g MAC control   messa g e s   p r otocol  h ead er  in clu d e s  some cont rol informatio n, su ch as  RTS/CTS/ACK, node se nd the  co ntrol inform atio n nee d to  consume  som e  ene rgy. T he  wirel e ss  com m unication m odule,  sen s o r  node s i n cl ud e se ndin g , re ceiving,  state  monitori ng  a nd  dorm a n c y in four states,  the current MAC prot o c o l  in redu cing  powe r  co nsumption mai n ly   con c e n trated  in the add no de sle ep time , r educe the sensi ng no de s on the cha n n e l.  Even if the synchroni zatio n  error  after  10  min to 24  MS, the N no de layer  and  the N+1  layer nod e sti ll has a dete c tion wind ow  50-2 4 =26  MS  overlap pe ri od. If the N layer nod es  with   two command frame  densi ty to the N+1  layer no de sends synchronous  i n st ruction, still have t he  oppo rtunity to the bottom n ode captu r one of  the co mmand fram e, beca u se th e 26 ms>2 Ms The above a r e the critical time stat e, if the cry s tal direction two  no des of the sa me, it captures  the uppe r syn c hroni zation i n stru ction s   wi ll incre a se the prob ability of it.  Real time service is ba sed  on CDMA M A C prot o c ol for wi rele ss  sensor net works. They   think th at u s i ng  CDMA p r ogra m   can  p r ovide  mo re  band width  re sou r ces am o ng  clu s ters  of  flexible config uration, bette r se cu rity and through put  is gre a ter, while allowin g  for multi domai n,   airspa ce joint  commu nication [5]. The e quilateral hex agon al clu s te r structu r e i s  with differen t   CDMA  codin g  sequ en ce i n stea d of the multiple freq uen cie s . To sen d  informa t ion, each no de  has 1 tran smitting modu le and a re ceiving modul 6, while in the listener  / receiver  with 7   receiving m o dule.  Comp a r ed  with T D MA and  FDMA mode,  CDMA mo de  redu ce s i n ternal  cha nnel inte rf eren ce, effe ctively improve  the ut ilization  of band width,  but  the disad v antage i s  the  need of spe c i a l sen s o r  ha rdwa re supp ort, to achieve greate r  pri c e.   FDMA i s  the  frequ en cy b and i n to a  p l ura lity of  ch annel s; different no de can u s e   different  cha nnel s at the  same  time.  TDMA i s  a  perio d of tim e  the e n tire  band to  a n ode.   Compared wi th FDMA, T D MA communication time  is short, but  the overh e a d  of the net work  time synchro n izatio n incre a se s [6]. CDMA is  a com b ination of fixed and ran dom di stributi o n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 7, July 201 4:  5591 – 55 98   5596 mode of di stribution, with  zero  chan nel  acce ss d e la y, bandwidth  utilization rati and statisti cal  multiplexing  of good, an d  can  red u ce  the influen ce  of hidden te rminal p r o b le m, but the hi gh   compl e xity of cha nnel all o cation a nd b a se  stati on  completely ce ntralized, so  that it does  no apply to the distributio n in WSN.   The  chan nel  acce ss  pro b a b ility q is defi ned in  te rm of the probab ility of a time slot was  sele cted  as t he win n e r  of the nod e. We as sum e  th at the node are in dep end ent, and the t w hop n e igh bor node s n u mb er of  N2 fun c tion, and  we  assume   that all  nod es hav the same   two   hop nei ghb or numbe r. Wh en nod e stat e is in orde r to anothe r sta t e and it can  con s um e so me  energy. The followin g  is th e energy con s umptio n stat e conve r si on  formula (5).     P st,r x = P rx  P tx , r x =( P tx + P rx )/2                                                                                                               (5)     Whe r e P st,rx   is th e T R A M A proto c ol,  P rx  is sched uling a c ce ss nod cycle  whi c h i s   divided into three  kind s: transmitting, P tx  is receivin g and sle ep. Send statu s  ref e rs to when a n d   only wh en th e nod e ha s d a ta to tran sm it state, and  have the hi gh est p r iority in  the com petition;  the re ceiving  state is th at it is  the  re cipie n t of the spe c ified nod e; other  node s in   the sle ep  state.  Adaptive slot selection algorithm for AEA is bas ed on the current node pr iority two hop neighbor  node within  one h op  neig hbors  and  scheduli ng info rmation, de ci sion no de s in t he current ti me   slot state st ra tegy: rece ivin g, sendi ng or  slee p.  This is a hyb r id sche me o f  a time divi sion multiplexi ng TDMA an d freque ncy  division  multiplexing  FDMA. In the node mai n tains a spe c i a stru cture frame, table  slot allo catio n  is   simila r to the TDMA node  sch eduli ng, accordi ngly its com m uni ca tion with the adja c ent nod es.   Multi ch ann el  FDMA te ch n o logy p r ovide s  the  ca n at t he  same  time , the co mmun i cation  betwe en   multiple no de s, effectively avoids the  co nflict.  Becau s e the ch ann e l  and time sl ot allocatio n   of  pred efined li mits the effective use of i d le time  slot, the busin ess volume is  small lo w ch annel   utilization.   Comp etitive MAC proto c o l  based o n  the  gene ral u s e of bro a d c ast ch ann el, the node  con n e c ted to  the chann el  can be sent  to the broa dca s t ch ann e l  information.  Want to follo w   certai n rul e s of communi cation n ode  cha nnel  com petition, the node s u s e ri ght can  sen d   informatio n. Comp etitive MAC  p r oto c o l   incl udin g  A L OHA  an with the  ca rrie r   sen s e  multi p le   acce sses  with colli sion det ection b a sed  on the traditio nal CSMA etc.      4. Cons truc tion Protocol  of WSN  Ba sed on Cen t ralize d  Clu s tering  Rou t ing and Time   Div i sion Multiplexing MAC  In this pa pe r, based o n  th e LEACH p r otocol , the  cl uster he ad di rectly to redu ce the   energy loss of base stati on and remo te commu ni cation is the prima r y goal,  con s ide r ing  the  resi dual  en ergy of no de  a nd the  ba se   station  at  a   distan ce  of t w o l a yer whil e sele cting t h e   clu s ter hea d, and  im prove d   the clu s ter h ead node   mu lti hop p a th,  avoid the  use  of lo w en ergy.  Thro ugh th Matlab si mul a tion re sult sho w  that, th e algo rithm  can furthe r b a l ance the  clu s te r   head n ode e n e rgy co nsum ption, prolo n g  the network l i fe cycle.   LEACH  algo ri thm, node s in  the cl uste r i s  not tra n smitt ed in  sin g le h op mo de d a ta to the   clu s ter  hea d;  it is forwa r de d thro ugh  the  other  no de in the  clu s ter.  Refe ren c e  p r opo se a m u lti  hop  clu s ter h ead mo del, u s ing th e met hod fro m  bott o m to top, la yer by layer t o  gen erate  e a ch   layer cl uste head, finally  get the net work  WS N a  multi-layer structure.  The o b jective  fun c t i o n   based  on th co st of the  se nso r  n e two r desi gn i s   ana lyzed  with th e  refe ren c e;  d e rive the   sing le   hop  and  multi  hop  ra nge, fi nally propo se d a  routin al gorithm  for  si ngle  hop  mult i hop  hybri d , to  solve the net work of "ene rgy hot" proble m Mech ani sm i n  the  LEACH ran domly  sel e cts a  clu s te r hea d, did  no t cont rol th numbe of cluste r hea d. So it is like l y to appear in  a round h a s  only one or two cluste r h ead, or have  a   lot of clu s te head  ca se. If  the cl uste r h e ad is too  sma ll, then the m e mbe r  no de to the lon g  p a t h   and th clu s ter  head   com m unicate the  clu s te r h ead  will  also receive a l o t of  node  informa t ion   and forwarde d to the base  station. So to every node  would bu rde n ; if excessiv e  clu s ter he a d , it  will have  a n ode a nd a  b a se  station  communi cati o n  much, re d u ce  network  energy utiliza t ion   rate.   The TRAMA  proto c ol throu gh co nsultation to en sure confli ct free d i stribute d  nod es sen d   data, to en su re data t r an smissi on n e twork  ha s a hi g her  rate at th e time of re ceiving the en ergy  con s um ption.  Com pared t o  the  CSMA  mech ani sm  o f  the se nsor  netwo rk MAC proto c ol  ba sed  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     Con s tru c tion  Protocol of Wirele ss Se nso r  Ne twork Ba sed o n  Ce ntralize d … (Shit ao Yan)  5597 on T R AMA, realizes  data t r ansm i ssi on colli sion probability  higher  percentage  of sleep time and   lowe r the bitmap. In addition, comp ared  to other  prot ocol s for mult ica s t and bro adcast mod e , the  comm uni cati on overh ead  of TRAMA protocol i s  also  less [7]. But there a r e so me pro b lem s : th e   proto c ol requ ires  a larg e storage  spa c e  to pres erve t he topolo g y informatio n a nd the neig h bor  sched uling in formation  within two h o p s ; for any one t i me slot is  re quire d to cal c ulate the pri o rity  and running the AEA algori t hm all nei ghbor nodes wit h in two hops.   Nod e s pe rio d ically  sle e p  to redu ce  i d le li stenin g  ene rgy  co n s umptio ca use d  by  neigh bori ng n ode s; virtual clu s ter, so sle ep sc he dulin g time autom atic syn c h r oni zation; meth o d using message passi ng to reduce time  delay [8]. S-MAC  IEEE 802.11 is  still used in  similar way  to avoid  co n f lict, inclu d in g virtual  an d phy sical  carri er  se nsi n g an RTS/CTS ex cha n g e .   Compared wi th IEEE 802.11, S-MAC  has the advant ages of energy  saving, good ch aracteri stic,  and the tra d eoff betwee n  energy and  delay und er  f l ow conditio n s . Ho weve r, each nod e d u ty  cycle  is th same, no  no d e  to le ss en e r gy to gi ve  protection. In  a dditi on, ne ed  further re se arch  virtual cl uste r techniq ue;  syn c hroni za tion  sch edul e can  have  a bi g imp a ct o n  e nergy  con s um ption.   Wirel e ss se n s or  net work based  o n  clu s terin g   stru ct ure, b a sed o n  the T D MA  (Energy- awa r eT DMA) and energy awa r e me cha n ism of clu s t e r network M A C proto c ol. Acco rdi ng to the  function al differen c e s , cl uster network  consi s ts  of three ki nd s of n ode s: clu s ter  membe r  no d e (also called n ode s), the  cluster  hea d n ode an d si nk node [9]. Th e node 's  stat e is divide d into  four kin d s: in ductio n  (Sen sing ), forwa r ding  (Relayin g), indu ction and forwardi ng (Sen sing  and  Relayin g ) a n d  ina c tive (In a ctive)  state. Inductio n  st ate nod e is  resp on sible fo r coll ectin g  d a ta   and tra n smitt ed to neig h b o rs. T he rece iving node  se nds th e othe r node s forwa r ding  state d a ta   and send s it to the next node. No de s in sen s in g an d forwa r di ng  state nee d to complete th e   above two fu nction s.   In the T R AM A proto c ol, i n  order to  ada pt to  chan ge s in n ode  failu re  or  nod e in cre a ses  the netwo rk topology cau s ed by divid i ng time  into  alternatin g, rand om a c ce ss  cycle  a nd  sched uling a c cess cycl e. Ran dom access cycle  an d sch edulin acce ss cy cle  time slot  num ber  depe nding  o n  the spe c ific ap plication .  Rand om   a c cess cycle is  mainly used  for network  maintena nce, such as the  new nod e is add ed, the  kno w n nod e  failure topol ogy cha nge s to   compl e t e  in t he ran dom a c ce ss  cy cle.   This p ape r u s es Matla b  to simulate th e LEACH  - EE proto c ol, an d LEACH, LEA CH a n d   C protocols  are  comp are d . Simulation  sce na ri o s  are as follo ws:  890m × 8 5 0 m regi on were  deploye d  9 0 0  se nsor no de s, ba se   statio n is lo cate d a t  coo r di nate s  (6 5, 98 5), th e initial  ene rg of node s is 8 54, and the p a cket si ze is  453. No de  fro m  the total energy dist ributi on, clu s ter he ad   of netwo rk  co nsum ption, the  netwo rk  su rvival numbe r compa r e d  L EACH -  C an d LEACH  - EE  proto c ol,  and   gives th e e r ro r ma p diffe re nt time e nerg y  estimate o f  LEACH - E E  proto c ol,  a s  is   sho w n by Fig u re 1.           Figure 1. Co mpari s o n  Re sults of Comp ared  LEA CH  - C and LEA CH - EE Prot ocol in  WSN      As you  ca n see, the n ode   LEACH EE  survival  rate is better than LEACH,  C and LEACH  proto c ol. The  50 se nsor no des, if you use the  LEACH  proto c ol to se nd data, node s lastin g 403  netwo rk all t he de ath; the  use of LEA C H -  prot o c ol, i s  the ti me for 448  s after all  net work  node s are de ad; and if the LEACH - EE  proto c ol, ti me  until after 502 s in the net work no de s they  all died.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 7, July 201 4:  5591 – 55 98   5598 Modelin g the  protocols a n d  other p r o c e s ses in  the p r ocess level i s  usi ng a finite state   machi ne. F o any process  wa simulate d u s ing  t he  C/C++ la ngu ag e in finite  stat e ma chin state   and tran sitio n  conditio n s.  The use r  ca n control t he level of deta il can meet simulation. Fin i te  state ma chin e with  standa rd C/ C++ a n d  OPNET it sel f  provide s  mo re than  400 li bra r y functio n s   con s titute the  core M odel er prog rammi n g . OPNET sa ys this coll ect i on for Proto  C lang uage.        5. Conclusio n   The  pap er prop oses co nstru c tion protocol  of wi reless sen s or netwo rk b a s ed o n   centralized cl usteri ng ro uting and time division  multi p lexing MAC  proto c ol. In data transmi ssion  pha se, the co mmon no de s and the first layer of the cl uster  hea d communi catio n  mode a nd the  same  LEACH, but after the  data a c qui sit i on, fusio n  is  compl e ted n o t  pack data  sent directly to  the ba se  stati on, but i n  a  g i ven time  slot  is  se nt  to the firs t layer of the respec tive c l us ter head.  Secon d  laye r node acco rding to  ene rg y and di stan ce s to  sele ct  the next h o p  nod e tran smit  data, the cluster head until  the seco nd l a yer or co m m unicate wit h  the base  station dire ctly, the   se con d  layer  clu s ter he ad  node s after t w o times of  d a ta fusion, se nding d a ta to the base stati on.  De sign  of MA C p r oto c ol s n eed a  bal an ce bet ween  va riou s p r op erti es, the  prope rties  of  equilib rium is often more i m porta nt than individual  p e rform a n c e.  Becau s e it is not a balan ced  agre e me nt g ood  perfo rm ance eve n  i n  the l abo rat o ry an d it i s  poo r p e rfo r mance in  a  real  environ ment. For exam ple,  a deal if it too often tu rn o ff the wirele ss tran sceiver  saving, not o n ly  make th e rea l -time and  rel i ability is affected, pa cket loss retran sm issi on cau s e d  will influen ce   the effect of  energy savin g . Wirele ss sensor net works for differe nt applicatio n s  sh ow different  prop ertie s  of  netwo rks, M A C layer p r o t ocol should  be ada pted  to variou s flow patte rn of  different appli c ation s .       Referen ces   [1]  Demirko l  I, Erso y   C, Ala g o z  F .  MAC protocols for   w i relesss ensor  net w o rks: a s u rve y .   IEEE  Co mmun icati o ns Maga z i ne . 2 006; 44( 4): 115 -121.   [2]  W e i W e i , Pe i y i  Shen,  Lia ng Z han g, Hu  Xu, J uan S o n g , W e nzhe ng Z h an g, W e i W ang.  LE ACH-Bas e d   Energ y - C ons er ved Improve d  Protocol for W S Ns.  JDCTA . 2012; 6(2 3 ): 163 -171.   [3]  Z hanp ing  Li. W i reless  Sens or  Net w orks for E nerg y   an d Dist ance-B a se d L EACH Cl usteri ng Al gorit hm.   IJACT . 2012; 4(16): 279- 28 6.  [4] Z heng  T ao.  PMAC: An ada ptive en ergy-e nicie n t MAC protoco l  for W i reless Sens or Netw orks Procee din g s of  the 19th IEEE Internatio na l Parall el a nd Dist r ibute d  Proces sing S y mp osiu m. 2005   [5]  W e iming  Ya ng , Jian  Z h a ng,  Jin x ia ng  Pe ng.  Mea n squ a re   Error Distorti o n C o mputati o n  Mod e l B a se d   on W i r e less  S ensor  Net w o r k .   T E LKOMNIKA Indo nes ian   Journ a of El e c trical E ngi ne erin g . 20 12;   10(7): 17 23- 17 29.   [6]  Li Yua n y u an.  Energ y  Efficie n t MAC Algori t hm base d  on  Coll isio n Avoi danc e for W i reless Se ns o r   Net w orks.  AISS . 2012; 4(2 1 ): 31-39.   [7]  Enji an B a i,  Xueq in Ji an g.  A D y nam ic K e Man a g e me nt Schem e B a sed  on S e cr et Shari ng f o Hierarc hic a l Wireless Se nsor  Net w orks.  T E L K OMNIKA Indones ian Jo urn a l of Electrica l  Engi neer in g 201 3; 11(3): 15 14-1 523.   [8]  Jong w o Ch oe , Jun  Xu. En er g y   Bal anci ng  L EACH for W i re less Se nsor N e t w o r ks.  IJIIP . 201 2;  3(2) :   56-6 5 [9]  Hao Su n, Yon g rui C hen, Bi n hua W a n g , W e ido ng Yi. D y n a m ic Cou n t: An Energ y -Effici en t Mechanism   for W S N MAC  Protocol.  IJACT . 2013; 5(3): 745- 755.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.