TELKOM NIKA , Vol. 11, No. 7, July 201 3, pp. 3576 ~ 3584   e-ISSN: 2087 -278X           3576      Re cei v ed  Jan uary 7, 2013;  Re vised Ap ril  3, 2013; Accepted April 1 5 , 2013   Study on an Energy-aware Routing Algorithm for  Agriculture WSN      Huarui  Wu*, Chunjiang Z h ao, Li Zhu  Natio nal En gi n eeri ng Res earc h  Center for C enter  for Information T e chno log y  i n  Agricu lture, Beij ing  100 09 7, Chin a   Ke y   Lab orator y for Information   T e chnol ogi es i n  Agricu lt ure, Ministr y   of Agri cult ure, Bei i ng  100 09 7, Chin a   *Corres p o ndi n g  author, e-ma i l w u hr@n ercit a .org.cn * , zhaocj@n e rcita.or g.cn, zhul@ ner cita.org.cn,  Chu n ji ang Z h a o        A b st r a ct  As precis io n fa rmi ng r equ ires  real-ti m e,  accu rate  a nd s u stai nab le  monitor i ng of th bioto pe of th e   field, e nergy c onsu m ption  an d netw o rk de l a y consti tute t he  maj o r facto r s affecting th e perfor m ance  of   Z i gBee- base d   W i reless Se ns or Netw ork (W SN) app lie in  agricu l tural  pr oducti on. Base d on the AOD V jr   alg o rith m, this   pap er pr ese n ts a n e w  al gorith m , n a m ely   NS- A ODVjr.  F eatu r ing e m p hasis  on ener gy  c ont rol   and  dyna mic routin g, as w e ll  as bal anc e b e tw een en er gy  consu m pti on  and s hortest p a th routi ng, thi s   alg o rith m r eal i z e s   max i mu service  ti me  of  the W S N  w h il e e n suri ng  ti mely  and  effecti v e trans missio n  o f   the data i n  the  mo nitori ng pr o c ess. After a simu lati on  ex per iment w i th the  Netw ork Simul a tor tool, resu lts   show  that, co mpare d  to  the  ori g in al  al gorith m ,  alth ou gh t he  p a cket d e liv ery r a te a n d  n e tw ork de lay  w i tness   no i m pr ove m e n t, the new  alg o rith m not o n ly  signific antly  re duces th e dev i c e en ergy co n s umptio n, but  also   effectively exp and the s e rv ice  time of the net w o rk.    Ke y w ords :  en ergy-aw a re, W S N, routing a l g o rith m, AODVjr, agricultur a l         Copy right  ©  2013 Un ive r sita s Ah mad  Dah l an . All rig h t s r ese rved .       1. Introduc tion  ZigBee  routin g protocol is  suitabl e for  sma ll-s i ze d  and  c l os e- ra n g e data tran smissi on,  and mo st  of  t he studie s  on   ZigBee   p r ot ocol -ba s e d   ro uting al gorith m  [1] a r e fo cuse d o n   routi ng  policy optimi z ation. Fo r example, the  study  on transmitting p o we r optimizing is aimed  at  redu cin g  ene rgy con s u m pt ion for the co mmuni cati on  betwe en short-distan ce d n ode s, so a s  to  reali z e better communi cati on with lower transmi tting  power; the st udy on  the topology features  and ad dre s s allocation me cha n ism of th e ZigBee net work is ai me d at redu cing  the transmitti ng  radiu s  of the routing requ e s t packet thro ugh ada pt ive adju s tments  optimizatio n, so a s  to reali z lowe r po we r con s um ption.   For la rge - sca l e agri c ultu ral  prod uctio n , as the  cro p   gro w th cy cle  is long a nd  covers  a   wide  area, th e bioto pe m o nitoring  sy ste m  ba se d  on   WSN ha s m a ny disadvant age s, such a s  the  field imped a n ce, hig h  en ergy con s um ption, di fficult maintena nce, inequality  of node e nergy  con s um ption,  sho r t se rvice  time and oth e r issu es . T h e system  often utilize s  the  ZigBee routin proto c ol -ba s e d   AODVj r  (Ad-ho c On -de m and Di stan ce Ve cto r  ju nior  routin g) whi c h i s   m o re   simplified   an practi cal  to  reali z e com m unication  b e twee the nod es or betwee n   the node s and   the netwo rk [ 2 ]. Such a practice may re sult in  the failure of a path  or  even crash of the entire   netwo rk,  a s  n ode with lo w e n e r gy ma y become  in v a lid d ue to  to o mu ch  en ergy co nsumpti on.  Con s id erin g the effectiven ess an d servi c e time  of  the network  [3], it is  hard but nec e ss ary to find  the best path  [4] while taking into acco unt the ener gy state of th e node, so a s  to redu ce t h e   energy con s u m ption of the whol e network  and p r olo n g  the network  servi c e time.   Con s id erin g the spe c ial fe ature s  of la rg e-scal e [5] preci s ion  agri c ultural p r o d u c tion, this  pape r, ba sed  on AO DVjr,  pre s ent s a  n e w al gorith m   whi c combi n es p a th weig hts an d dyna mic  routing. In o r der to b a lan c e the en ergy  con s um pt ion  of different n ode s, and  effectively tran smit  the data  with  limited e nergy, this al gorithm take s i n to co nsi deration the  e s timated remai n i n g   work time  of  the nod e dev ice in  dete r m i ning the  final  datag ram transmi ssion  p a th, reali z in g  a   dura b le an d stable monito ri ng syste m  for preci s io n farming.      Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   e-ISSN:  2087 -278X     Study on an  Energ y -aware Routin g Algorithm  for Agriculture WS N (Hu a rui Wu 3577 2. Related Works  There are two routin g alg o rithm s  in Zi gbee  NWK la yer [6] .One i s  AODVj r , a  modified   Ad-ho c  O n -Demand  Di sta n ce Ve cto r  (AODV),  whi c is the  defa u lt routing  al gorithm fo r Zi gBee   proto c ol. Th e  other is  co mparatively new al go rithm calle Hi erarchi c al Routin Algorith m . The  se con d  alg o rithm ca n lea d  to un bala n c ed  ene rgy  distrib u tion i n  the net work.  Wh at is m o re,  some  no des  requi re to much  en ergy  con s u m ption  [7], which m a y re sult in t he cra s of the   whol e net work. Such a l a ck of  stability  makes it   unsuitable for agricult ure moni toring system s,  whi c h re qui re  long se rvice  time and high  stability.    AODV algo rithm has b e e n  widely app lied in wirel e ss a d  hoc n e tworks as a  routing   proto c ol for  mobile no de s. As it was n o t desig ned  f o r wi rele ss sensor net wo rks, it did not  take   into acco unt  the lower  energy  co nsumption req u irem ent  of wi rel e ss sen s or  net works  [8].  Con s id erin g t he fa ct that t he n ode s i n   a WS are  gene rally in  f i xed po sition s, the  AODV jr  algorith m  is  more  co nci s e  and si mplifie d than the  A O DV alg o rith m in term s of  maximal re du ction  in nod e e nergy co nsumpti on. The  AODVjr algo rith inherit s o n ly the dyna mic routing featu r e of   the AODV al gorithm, a nd  omits all o p timization  me a s ures,  su ch  a s  Hello me ssage, ro uting  error  messag e, an d que ry se rial  numbe r, etc. , which  are d e sig ned fo r b e tter nod e m obility, realizi ng a   maximum  si mplification   of the AO DV algo rithm.   Than ks  to su ch a simp lification,  AO DVjr  algorith m  performs m u ch better than th e AODV al go rithm in ene rgy con s um ption, and is  wi dely   use d  in vario u s wi rele ss sensor net wo rks.   Ho wever,  be cau s e  AO DVjr al gorith m  d oes not  take  into  co nsi d e r ation  en ergy   control   over the  bottleneck  node i n  the netw ork, it still has potential to be   further improved. The AODVjr  algorith m  det ermin e s the fi nal routin g pa th by co mpa r i ng the wei ght s of different  paths. Th e path   weig ht is th comm uni cati on  co st between t w o n ode s,  which is u s ually set  as a  co nsta nt value.  In fact, the routing algo rith m of AODVjr is  a kin d  of Shortest Path Routing Algo rithm.  The sho r te st path  routing  algorith m  can   effect ively re duce n e two r k delay, a s  m o st of the   netwo rk d a ta gram  can b e  transmitted al ong this p a th and arrive at the destin a tio n  node q u ickl y.  But the p r ice  is that th ose  node s i n  the   sho r test   path  will  con s um a lot of  po wer, leadin g  to th failure of  som e  key n ode becau se of in sufficie n po wer, whi c h i n  turn le ad s to redu ced  network  serv i c e t i me.       3. Impro v ed  AODVjr Routing Algorithm  All kind s of  monitori ng  systems face  the  same  problem  of h o w to  achieve  bala n ce  betwe en dev ice ene rgy consumption  and network  delay [9].  Therefore, we must ch o o se  approp riate routing alg o rit h m or ma ke  further  imp r o v ements a c cordin g to different mo nitoring  obje c ts, different monitori n g  req u ire m en ts and t he re ality.  In  agriculture WSN, device  e n e r gy  con s um ption  is more impo rtant than ne twork del ay. So, the focus of this pape r is on h o w t o   redu ce  the  n ode  ene rgy  consumption  a s  m u ch  a s  p o ssible  an d e x pand th se rvice tim e  of  the  netwo rk, whil e maintainin g  the normal p e rform a n c e o f  the monitori ng syste m .   Acco rdi ng to the above an alysis, this p aper p r e s ent s a new AO DVjr algo rith m base d   routing  algo ri thm, which combine s  e n e r gy co nt rol a nd dynami c   routing. In ro uting, the ne w   algorith m  takes into  con s i deratio n the  estima ted  re maining  wo rk time of the  node  device  in  deci d ing the f i nal datag ram  transmi ssion  path.     3.1. Calculati on of Path E n erg y  Weight  Many  challe n ges,  su ch  a s  the h uge  nu mber  of d e vice  nod es, li mited batte ry ene rgy   cap a city, and  insufficie n t band width, call for  energ y  control me cha n ism to redu ce the n ode  energy con s u m ption and e x pand the se rvice time of  the netwo rk. The prin cipl e  of the energ y   control mech anism p r e s e n ted in this pape r is a s  follows: the final routin g path is cal c ul ated  according to the node  energy  wei ght , whi c represents the  probability of  the node bei n g   inclu ded i n to  the ro uting  set. The g oal  of this  ene rgy  wei ght ba se d calculation  method,  whi c h is  the core of ou r ene rgy co ntrol me cha n ism, is to  conv ert the remai n ing en ergy o f  the node de vice  to its ene rgy  weig ht, whi c h i s  a  key  referen c e f o r routing  calcul ation. T he me cha n ism is   descri bed a s   follows:  1) Let  () in it E i  be th e i n itial battery   cap a city of  n ode  i N  at th e t i me  when  it j o ins the  Zig B e e   netwo rk, an d the remai n ing  battery capa city of node  i N  is den oted by  () ho l d i E Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                              e-ISSN:  2087 -27 8 X   TELKOM NIKA  Vol. 11, No . 7, July 2013  : 3576 – 357 7   3578 2)  In the  co urse  of e a ch routi ng, ea ch  no d e   i N  will  record it s energy consumption  caused by  transmissio n, rece ption, an d monitorin g  activities in  () ij E T , and then e s timate the ene rgy   con s um ption  for the  nex T  seconds  by utilizing the Ex ponent ial Weighted Moving  Average met hod:     1 () ( ) ( 1 ) ( ) ij ij ij E TE T E T     (1)     Whe r e { 0 , 1 , 2 . ..} j 01  is a vari able  to adju s 1 () ij E T and  () ij E T 1 () ij E T  re pre s e n ts th e e s timated  e nergy  con s u m ption i n  the   previou s   T  se c ond s,   () ij E T   rep r e s ent th e ene rgy co nsum ption v a lue in the  newly  T  seconds. For the initial value,  ( ) () () i j in it h o ld E TE i E i  3) Let  L   be  the estimated nu mber of  re si dual workin g   cycle of  no de  i N  at time j T  meanin g  nod i N  can al so work fo T  se con d s.   L  is cal c ul a t ed as  () () hol d ij E i L E T i Fn  represents t he estimate d  lifetime of node  i N  at time  j T i Fn  is calculate d  as   follows   1 0 () () () m ho l d ii j i ij E i Fn E T ET       (2)     Acco rdi ng to  Eq. 2, the  long er lifeti m e of  a no de me an s t he mo re  nu mber of   wor k in g T . The  node with mi nimum  i Fn  must be the bottlen eck node of  a  route path, whi c h is  comp osed of  N nod es. O n ce the b a ttery  of this nod e i s  de pleted, th is path b e co mes invali d a n d   a new p a th should b e  cal c ulated.   4) Assu ming  {| 1 , . . . } i P Pi m   as the set of a ll the possibl e route s  bet wee n  given source  s N   and d e stin ation d N . We u s e t he minim a i Fn  for  i P  to re pre s e n t the maxim a l lifetime of t h is  path, and the  averag e maxi mal lifetime of set  P  is  1 1 () m i i Fn F n P m W e  us () s um i E P to repre s ent th e total ene rgy  consumed  by  each no de of  path  i P for  data tran smi s sion. If the powe r  co nsum ption of  each  node is fixed  in the transmissi on p r o c ess,  we  ca n u s su ch  a fixed  value to m u ltiply the nu mb er of  nod es to get () s um i E P . Similarly, the  averag e valu e of energy consumption o f  set P is  1 1 () m s um s u m i i EE P m For a given  set  P , each path  weight can b e  cal c ulate d  as follo ws:     12 () () () ( 1 ) ( ) is u m s u m i i su m F nP E E P Val P v al v a l E Fn   (3)      Whe r 1 va l and   2 va l  are bot h weig ht factors,  1 01 va l , 0< 2 va l <1, and   12 1 va l v a l    3.2. Implementa tion of th e D y namic Routing Mec h anism  Appro p riate  routing requ e s t is p r e r eq u i si te for  due  perfo rman ce  of the path  ene rgy  weig ht. In old  practi ce, the  so urce  no de  loo k s for ne routin g p a ths  by p e rio d i c ally  sub m itting   routing   re que sts.  Th e sou r ce node s do not  u s ually  consi der whet her th ere  is b o ttle ne ck  no de in  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   e-ISSN:  2087 -278X     Study on an  Energ y -aware Routin g Algorithm  for Agriculture WS N (Hu a rui Wu 3579 the netwo rk,  or the influen ce some hig h - ene rgy- co nsumption no de s. Be ca use routing re que sts  also in cu r e nergy con s u m ption, more rout ing  re que sts mea n  more en ergy con s umpt ion,  therefo r e, it is not wise to a pply su ch a p r acti ce in Zig B ee netwo rk.   Based o n  AODVjr, this p aper p r e s ent s an im prove d  dynamic ro uting algo rith m, NS- AODVjr () Ne w Save AO DVjr , whi c h   adju s ts th e routing  req u e s t a c tivity by introd uci ng  the   con c e p t of path energy wei ght. This dyn a mic  routing  mech ani sm is describ ed a s  follows:     1 1 rre p s u m E E   (4)         Figure 1.   Packet delivery rate        Figure 2.   Average d e lay       Her e   rre p E  denote s  the remai n i ng battery ca pacit y of the node while receivin g RREP  packet s (0 1 )   is a factor whi c h  can be set accordi ng to real traffic loa d  situation. T he  impleme n tation of the algo rithm incl ude s four  step s:  1)  Each  n ode should store  1 () ij E T  to cal c ulate th e value of  () ij E T  and  i Fn  a c c o r d ing to   formula 1, 2 for every T 2)  For the initial  value,  ( ) () () i j i n it h o ld E TE i E i   is used only for th e first  T  seco n d .  For   each follo win g T , we  sh ould  save th e p r evious va riab le  () hol d i E  in the  variable  () ol d h ol d i E and the value  of  () ij E T  is upd ate d  usin () ( ) ol dh o l d i h o l d i EE 3)  Adding the p a thco st and  hop cou n t to store  the e s ti mated lifetime of the path and routin Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                              e-ISSN:  2087 -27 8 X   TELKOM NIKA  Vol. 11, No . 7, July 2013  : 3576 – 357 7   3580 hop count re spectively into RREP pa cket 4) A  rre p E  field is a d ded into th route ta ble.  Upo n  re ceivi ng a  RREP  packet, up dat rre p E   according to the rem a ining  energy of the node.   The detaile d pro c e ss of th e four ste p s i s  sh own as fo llows:      Algorithm 1 :    Algorithm 2 :    Inpu t:   T   Ou tpu t :   () ij E T , i Fn   if  T  >= 0  the n   Calculate  () ij E T  and  i Fn if  routet able ! = N U LL  the n   if  4 is true  the n   Update r outetabl e;  end   end   Inpu t:  RR EQ  Ou tpu t :  RREQ, Update  r outetabl RREQ-> hopcoun t  += 1;  if  i N  is dest node  th e n   for  i=1 to m  do   calculate   Val(P i Select a path P i   w i th ma x i mal Val;  Send a RREP ac cording path P i;   else if  i Fn >0  the n   Build the reversal path;  if  RRE Q-> pathc ost   >  i Fn   then   RREQ-> pathcost  =  i Fn Update r outetabl e of node  i N Update R R EQ;   end   end     Al g o r i t h m  3 :     Al g o r i t h m  4 :     Inpu t:  RR EP  Ou tpu t : rre p E   Select a for w ard  path;   if  i N  is not a source  node  th e n   Update   rre p E  w i th  () ho l d i E Forw a r d RREP;  if  i N  is a dest node  then   Send date packe ts;  end   Inpu t:  packet  Ou tpu t : rre p E   Lookup the ro ute  table entr y  for th e dest;  if  routet able is Update  th e n   For w a r d the  packet;  Send RRE Q;   routetable->flags =RTF_UP;   else if  r outetable - >flags=RTF_UP   then   For w a r d packet;   end       4. Simulation Experimen t   In this  pap er,  we  refe r to  this  ne w alg o r ithm a s   NS-AODVjr  (Ne w  Save AO DVjr).Thi s   section will simulate  the perform a nce of  both  t he  old and new  routing al gorithms i n  Network  Simulator en vironme n t, an d p r e s ent th e  co mpa r ison   betwe en  NS-AODVjr an AODVjr in te rms  of pa cket d e livery rate,  ne twork  delay,  and  rem a inin devi c e ene rgy cap a city after  a   certai n   perio d of  ope ration. It i s  p r oved that, u n der equ al  n e twork delay,  NS-AO D Vjr a l gorithm  is be tter  able to balan ce the po wer consumptio n  of each  nod e in the network, effectivel y extending the  netwo rk  se rvice time.     4.1. Simulation Model Se tting   We in stalled  30 sen s or  no des i n  the farmland  ( an a r ea of 50* 50m 2). All these  sen s o r   node are  F u ll Fun c tion a l  Devi ce(FFD). Since o u r experi m ent s are  ba se on the  JN5 1 4 8   wirel e ss mi croco n trolle r p r odu ced  by Je nnic,  we  set the tra n sceive r po we r pa ra meters of sen s o r   node s acco rding to the manual in struction s  of  Je nnic. Set Init-Powe r  is 200 0J And 12 m e ter  transmissio rang e i s  ad o p ted. Packet  error  ra tio i s  set to 0.3 %  and the  p a cket si ze  is 300  bytes. The si mulation time  is 9000 s.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   e-ISSN:  2087 -278X     Study on an  Energ y -aware Routin g Algorithm  for Agriculture WS N (Hu a rui Wu 3581 4.2. Simulation Res u lts a nd Discu ssi on  Wirel e ss sen s or  netwo rk for large area  farm land inf o rmatio n mo nitoring i s  se nsitive to  device  ene rg y con s um ptio n. The r efore, routin al gorithms fo su ch sy stems m u st b a lan c e t he  netwo rk  pe rforma nce an d the devi c e ene rgy co nsum ption. It must en su re the farml a nd   informatio n can be tran smitted in a timely mann er, at the sam e  time, the n e twork  can  work  stably und er  unattend ed si tuation for a long pe riod of  time.  Therefore, when we co mp are  th e nerg y   co n s um ptio n of NS -AO D Vjr an d AO DVjr, we   must  ma ke  s u re t hey  h a v e  simila r net wor k  p e rfo r m ance. Base on the  pe rformance testin g we   carrie d out fo r NS -AO D Vjr  and AO DVjr  comp ari s o n , packet d e live r y rate  and  th e average  del ay  (from 8 00s to  8000 s) a r e shown in Figu re 1 and Figu re 2 respe c tively.  Figure 1an d Figure 2 sh o w  that the packet de livery rate of NS-AODVj r algo rithm is  slightly lo we than that of A O DVjr  in the  l a tter sta ge  of the si mulatio n  (from 8 0 0 s   to 8000 s). Th e   differen c e i s  so sli ght that  it can not affect  the perfo rman ce of ag ricultu r al m o n i toring  syste m The ave r ag delay time s o f  both alg o rit h ms  are   ba si cally  t he  sa m e .  The r efore, the  NS -AODVjr   algorith m  is similar with A O DVjr in p a cket  delivery rate and average del ay. They can me e t  the   requi rem ents of ag ricultural monito ring   system s.   In  o t her words, b o th  algo rithm s  can gua ran t ee  the timely transmi ssi on of the dat a colle cted by the sensor no de.   Figure 3 and  Figure 4 sh o w  the rem a ini ng ene rg y ca pacity of all the device no des afte r   2500 s an d 50 00s d u rin g  the simulatio n .From Fig u re   3 we can see  that every node (from 1 to  30)  has roug hly the  sam e   re maining  en ergy. This is  b e ca use the  runnin g  time   of the  network i s   short and all  the nodes  still have sufficient  remai n i ng energy . Both algorithm s  use the  same   routing m e tho d , namely sh ortest p a th ro uting of AODVjr, for data routing.           Figure 3. Re maining e nergy of nodes a t  2500s         Figure 4. Re maining e nergy of nodes a t  5000s    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                              e-ISSN:  2087 -27 8 X   TELKOM NIKA  Vol. 11, No . 7, July 2013  : 3576 – 357 7   3582 Whe n  the n e twork  run n ing  time is  sho r t ,  the node h a ve suffici ent  remai n ing  e nergy, the  pa th - energy weig h t  metric of NS-AODVj r ha s little infl uen ce on p a th ro uting cal c ul ation, so the  NS- AODVjr an d AODVjr alg o ri thms have no  signific ant differen c e in terms of ene rgy con s um ption.   From Fi gu re  4, we  can  se e that NS -AO D Vjr  al gorith m  is b e tter th an AO DVjr al gorithm i n   optimizin g th e rem a inin energy of the  bottlene ck  n ode afte r 50 0 0 s in th sim u lation. Th main   rea s on i s  tha t  with the run n ing of sy ste m , the  influe nce  of ene rg y weight on t he calcul atio n of  path be com e s mo re an d more o b viou s, and the  effect of the bo ttleneck nod e  beco m e s  m o re  importa nt. The NS-AO D Vjr algorithm  ca n balan ce  the  energy  con s umption of b o ttleneck no d e according to  netwo rk co mmuni cation  load a nd  t he devi c e e nergy  con s u m ption fa ctor, by  adju s ting the  route s  involvi ng bottlene ck node s,  re pla c ing th e bottlene ck  node by other n o d e with mo re re maining  ene rgy, and effect ively redu cin g  the ene rgy  con s um ption  of the bottlen eck   node s.   As the sim u l a tion goe s o n , the bottleneck no de i n  the AODVj r  algo rithm  will stop   runni ng b e ca use its   power is exh a u s ted, then  it b e com e a ‘d ead’ no de in  the netwo rk. The   simulatio n  e x perime n t re sults  sho w  that  the number of ‘dead ’ nodes  cau s ed by AODVjr  algorith m  is  more tha n  that cau s ed by  the NS-A O D Vjr algorith m . Therefo r e, the lifetime of the  network using NS -AODVjr al gorit hm will certai nly be  longer  than  that  of the net work using  AODVjr algorithm.  The re mainin g power of th e WSN i s  often a ke y fa ctor affectin g the asse ssme nt of the  servi c e time of the network. As more a nd more  n o d e s be com e  ‘dead’ with the decrea s e of the   remai n ing  po wer of the n e t work, the  WSN will  co ntinue to carry o u t re con s tru c t i on, and  sel e ct a   new  ro uting,  so a s  to  en sure th at the  data of e a ch  node  co uld b e  se nt to the  cent ral n ode . In   ca se th dat a of m o st  of  the no de ca n not  be  re co nstru c ted  a n d  sent th rou g h  the  net work to  the cent ral no de, the ZigBe e  netwo rk  will  be decl a re d ' dead'.                  Figure 5. Re maining e nergy of the network no de     Figure 6. Re maining n ode  numbe Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   e-ISSN:  2087 -278X     Study on an  Energ y -aware Routin g Algorithm  for Agriculture WS N (Hu a rui Wu 3583 Figure 5  sh o w s differe nt remainin g e n e rgy of th same n e two r k und er t w d i fferen t   algorith m s. A nd Fi gure 6   comp are the   remai n ing   no de n u mbe r   of two  differe nt algo rithm s As  the sim u latio n  progresse s, the rem a ini ng en er gy of the net wo rk and  rem a ini ng no de  nu mber  also  cha nge s. The remain ing ene rgy o f  the WS N u nder the  NS-AODVjr alg o rithm is alway s   highe r than t hat und er th e AODVjr  alg o rithm,Mea n w hile th e nu mber  of rem a ining n ode s wa increa sed,  p a rticul arly, a s  the  time g oes,  su ch  a n  adva n tage  of the  NS-AODVjr  algo rithm   become s  more notable, sh owin g an lon ger servi c e time of the network.   Acco rdi ng to   the si mulatio n  result, NS-AODVjr alg o rithm can  exp and th effective are a   of network  coverag e , and  extensive farmlan d  ca n b e  long-te rm  monitori ng wi th real-time  a n d   su staina bility in the unatten ded environm ent.      5. Conclusio n   This  pap er i n trodu ce cal c ulatio n m e thod of p a th ene rgy  wei ght, whi c combine s   energy co ntro l and AO DVjr algorith m . Base d on th shorte st path  routing meth o d  appli ed by t he  origin al AO DVjr algo rithm,  the ne met hod  de cide wheth e r to  ta ke  a no de i n to an  active  ro ute   or n o t a c cording to th e e s timated  rem a ining  po wer of the d e vice nod e. Ba sed on  the  pa th- energy wei g ht metric m e thod an d dynamic  ro utin g mechani sm, this pap e r  presents  a  new   routing al gori t hm, which is adapted for  the ZigBee  a g ricultural monitorin g  syst em. Simulation  experim ents  are  condu cte d  for the  ne w al gorith m , NS-A ODVj r, in  Network  Simulator. T h e   simulatio n  re sults  sh ow th at the lifetime  of t he ZigBe e  agri c ultu ral  monitori ng  system u s ing  NS- AODVjr  algo ri thm ca n b e  ef fectively expa nded   by expa nding t he lifet ime of the  bot tleneck  node in the net work. T he p a c ket delivery  rate an d n e twork d e lay  can  suffici ently meet the   requi rem ents  of agricultural  monitorin g  systems.       Ackn o w l e dg ments   This p ape r is sup porte d b y  Beijing Nat u ral S c ien c Found ation (4122 034 ), the Nation al   Scien c e a nd  Tech nolo g y Major Sp eci a l  Proje c ts  of  China (201 0ZX 0104 5-0 01-0 04), the  Natio nal  Scien c e a n d  Technolo g y Suppo rt Progra m  ( 2011 BAD21B02 ),  the Scie nce Fou ndatio n for  Young Sci e n t ists of the  Nation al Nat u ral S c ien c e   Found ation of  China (61 1021 26) and   the  Youth Scien c e Found ation  of Beijing Aca demy  of Agricultural an d Fo rest ry Scien c es.       Referen ces   [1]    Hua ng CM, Ku  HH, an d Ku ng  HY. Efficient  po w e r- cons u m ption- base d  l oad-s hari ng to pol og y co ntro l   protoco l  for har sh envir onme n t s in  w i r e l e ss sensor n e t w orks Commu n ic ati ons . 200 9; 3: 859-8 70.   [2]    Liu Yu n-h uai,  Z hang Qia n , and N i  LM. Opportun i t y - b ased to pol og y control i n   w i reless se nso r   net w o rks.  IEEE Transactions  on Parallel   and Distributed S ystem s . 20 10; 21: 405- 41 6.   [3]    W u  M, Xu J,  T ang X, et al.  T op- k monito ring i n   w i r e l e s s  sensor  net w o rk.  IEEE Transaction on  Kn o w l e dg e  and  D a ta  En gi nee ri ng . 200 7; 19 : 962-97 6.  [4]    Z h i Ang  Eu a, H w ee-P i nk T anb, a nd W i nst on K G. Se ah,  Opportu nistic  routin g i n   w i r e less s ens or   net w o rks p o w e red b y  amb i ent  energ y  h a rves ting.  Co mp uter  Netw orks . 2010; 54(17): 2 943 -296 6   [5]    Uster H and Li n Hui. Integrat ed topo log y  co ntrol an d routin g in  w i re less s ensor n e t w orks  for prolong e d   net w o rk lifetime.  Adhoc Netw orks . 2011; 9: 835- 851.   [6]    Park K y un g-jo on, Kim L a e y o ung, a nd  Hou  JC. A daptiv e p h y s i cal  carri er  sense  in to pol og y-co ntroll e d   w i reless net w o rks.  IEEE  Transactions on Mobile Com p uting . 2010; 9: 87-9 7 [7]    B Nefzi and Y Q  Song. Performance a nal ys is  and impr ove m ent of zi gbe e  routing pr otoc ol.  7th IF AC  Internatio na C onfere n ce on F i eld buses   Netw orks in I ndustri a l & E m b e d ded  Systems , France.     200 7: 351- 369.   [8]    Kandr is D, T s agkar opo ul o s M , and  Pol i tis  I, et al. En erg y   efficie n t an d  perc e ive d  Qo S a w ar e v i de o   routin g over  w i reless multim e d ia se nsor n e tw o r ks.  Ad hoc  Netw orks . 201 1; 9: 591-6 07.   [9]    Han J,  Le e H,  Park KR. R e m o te-contro lla bl e a nd E ner g y - S avin g R oom  Architecture  ba sed  on Z i gb e e   C o mmu ni ca tion IEEE Transactions on Cons umer Electronics . 2009; 55: 2 64-2 68.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.