T E L KO M NI K A ,  V o l. 1 4 ,  N o. 3 S ept em ber   20 1 6 ,  pp.   91 6 ~ 9 22   I S S N :  1 693 - 6 930 ac c r edi t ed  A   b D IK T I,  D e c r e e  N o 58/ D I K T I / K ep/ 2013   D O I :   10. 12928/ T E LK O M N I K A . v 1 4 i 3 . 2712      91 6       R ec ei v ed   S ept e mb er   2 3 ,  2 01 5 ;  R ev i s ed   A p r il   2 3 ,  20 1 6 ;  A c c ept ed  M ay   8 ,  20 1 6   Dist r ib u t e d  Cl u st er in g  Base d  o n  No d e De n sit y   an d   Dist a n ce in  W ir eless S en s o r  N et w o r ks       S asi ku m a r  P 1 ,  Sh a n k a r T 2 ,  Si b a ra m   K h a r a 3   S E N S E ,  V I T  U ni v er s i t y ,  V el l or e,  T am i l  N adu    63 2 01 4,  I n di a   * C or r es po ndi ng a ut hor ,   em ai l :  s as i k u m ar . p@ v i t . ac . i n 1 , ts h a n k a r @ v i t.a c .i n 2 ,  s i bar am k har a @ v i t . ac . i n 3       A b st r act      W i r el e s s   S ens or   N et w or k s   ( W S N s )   ar s pec i al   t y pe  of   net w or k   w i t s en s i n an m oni t or i ng  t h e   phy s i c al   p ar am et er s   w i t t he   pr oper t y   of   aut onom ou s   i nat ur e.   T o   i m pl em en t   t hi s   a ut on o m y   and  n et w or k   m anagem ent   t he  c om m on  m et hod  u s ed  i s   hi er ar c h i c a l   c l u s t er i ng.   H i er ar c h i c a l   c l u s t er i n hel p s   f or   eas e   ac c es s  t o dat a c o l l e c t i on and  f or w ar di ng t h e s am e t o t he  bas e s t at i on.  T he pr o po s ed  D i s t r i b ut ed S e l f - or gani z i ng  Load   B al anc i ng   C l us t er i n A l gor i t hm   ( D S L B C A )   f or   W S N s   de s i gned   c on s i der i n t h e   par am et er s  of  n ei g hbor   di s t an c e,  r e s i d ual   ener gy ,   and n ode  dens i t y .   T he  v a l i d i t y   of  t he  D S LB C A  has   be e n   s how b y   c om par i ng  t he  net w or k   l i f et i m and  ener gy   di s s i pat i on  w i t Low   E ner g y   A da pt i v C l us t er i n g   H i er ar c hy  ( LE A C H ) ,  an d H y br i d E ner g y  E f f i c i e nt  D i s t r i bu t ed  C l us t er i ng ( H E E D ) .   T he pr op os ed  a l gor i t h m   s how s  i m pr o v ed r es u l t  i n en ha nc i n g t h e l i f e t i m e of  t he n et w o r k  i bot h  s t at i o nar y  and  m obi l e en v i r onm e nt .       K eyw o r d s:   w i r e l es s  s en s or  n et w or k c l us t er i ng ,   di s t r i but e d c om put i ng,  node   den s i t y ,  di s t a nc e        C o p y r i g h t   ©   20 16 U n i ver si t a s   A h mad  D ah l an .  A l l  r i g h t s r eser ved .       1.   I n tr o d u c ti o n   W SN   of  r andom l y   dep l o y ed s el f - oper abl s ens or   no des  t o m oni t or  ph y s i c a l  c on di t i ons   of  t he env i r onm ent ,  as   t her m al ,  ac ous t i c ,  i m agi ng,  et c . ,  as   m eas ur e m ent s ,  and c ol l a bor at i v el y   w or k  t oget her  t o t ak e t he  dat a s ens e d t o t h e bas e s t at i on.   W SN s  w er e or i g i na l l y  d ep l o y ed  i n   m ilit a r y h ea v y   i nd us t r i a l  a ppl i c at i o ns  an d ,   l at er  ex t e nded t o t h e l i ght er  app l i c a t i ons  s uc h as   c ons um er   W S N  appl i c at i on s  [ 1 - 6 ].    W SN   dev i c es  ar e ba t t er y   o per at e d;  s av i ng  po w er  i s  t h e bi g ges t  c hal l e nge .   Man y   w o r k  i th is   ar ea  of   ener g y   s a v i n g   hav s ho w t h at   ener g y   i s   c ons um ed  i s ens i ng  and  m oni t or i ng  t he   s ur r oundi ng ar e a as  c o m p ar ed t o t he d at a pac k et  ex c hange ac t i v i t i es  [ 1] .  E x c l udi ng,  en er g y   c ons um pt i on  i t h no des   s uc as   f or w ar di n nod es   and  ga t e w a y   n odes   i   c l u s t er   ar e   hi gh er   t han ot her   se n si n g   no des  i n t he c l us t er .   T he d y nam i c  t opo l o g y  r ef or m at i on a l gor i t hm   m et hod   [1 i s  ex pec t ed t o r educ e a n d bal anc e t h e en er g y  c o n s u m pt i on i W SN .  T he m ai p ur pos of   dep l o y i n g t hes gat e w a y  n odes  i s   t s h ar e a nd     ba l an c e t he  ener g y  c o ns um pt i on   f or   dem andi ng   j obs   i n t he n et w or k   T he bat t er y   oper a t ed  nod e s  hav i t s  o w l i m i t at i on  w i t h t h e r es pec t  t o t he  di s t a nc e i t   c an c om m uni c at e.  H e nc e  t he y  c a n’ t   di r ec t l y  c om m uni c at e t o t h e bas e s t a t i o n,  l o ok i ng f or   i nt er m edi at e no des  t o s ha r e l i nk .  T he i dea of  hi er ar c hi c al  ar c h i t ec t ur i s  us ed  t o hel p t hes e   nodes  b y   i nt r od uc i ng  m ul t i h op c om m uni c at i on  s t r at e g y .  I n t he  l at er  par t  t h e c l us t er i ng a l g or i t hm s   ar f oc us s ed  t gi v ad d i t i ona l   f eat ur es   t t he  m ul t i hop  c om m uni c at i o s uc as   d y n am i c   net w or k   m anagem ent  an d,  dat a c ol l ec t i on a nd f or w ar d i n w i t l i m i t ed  c on t ent i on.   T hes f eat ur es  m ot i v at ed  t o pr op os e a n e w  c l us t er i ng  al go r i t hm  t o s t ud y  t he D i s t r i bu t ed a nd  S el f - or gan i z i n g Loa d B a l anc i ng  C l us t er i n g f or   W S N .   T he  m os t  i m por t ant  i s s ue c ons i der ed  w h en   pl a nni ng  W S N   C l us t er   i s  t he  ener g y   c ons um pt i on  p er  no de   an d h o w   t he  nex t  pr ot oc ol  c an  i m pr ov t hi s .   B y   s w i t c hi n nod ac t i v i t i es   t he  po w er   c ons um ed  i s   opt i m i z ed   l eads   t t he  i nc r eas ed  net w or k  l i f e t i m e [ 1] .   I n s ec t i on 2  w e di s c us s ed  s o m e of  t he r el at ed c l us t er  bas ed pr ot oc ol s ,  t h e pr opos ed   D is t r ib u t e d  S e lf - or gan i z i n Load  B al anc i n g C l us t er i ng  A l gor i t hm  i n s ec t i on  3,  a n d i n s ec t i on  w e ana l y s ed t he  ne w  pr o pos ed a l gor i t hm  w i t h t he  s t andar d c l us t er i n g al gor i t hm s  and f i nal l y   c onc l ud ed  i n t he s ec t i on  5.         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KO M NI K A     I S S N :  1 693 - 6 930       D i s t r i bu t ed  C l us t er i n g B as e d on  N od e D e ns i t y  an d D i s t anc e i n   W ir e le s s     ( S as i k u mar  P )   917   2.   R el at ed   W o r k   Man y   c l us t er i n a l gor i t hm s   hav b een  pr op os ed   c ons i der i ng  t he  di s t r i but e pr oc es s i ng   and  di r ec t   t r ans m i s s i on  f r om   C l us t er   H ead   ( C H )   t o   ba s s t at i on   l i k e   L EAC H ,   H E ED T hus   i f   t h di s t anc e   be t w ee t he  bas e   s t at i o a nd  t he   c l us t er   hea i s   l ar ge   t h en  l ar g am ount   of   en er g y   i s   c ons um ed  t s end  t he  dat t o   t he  bas s t a t i o [ 3] .   T he  a bo v m ent i o ned   al gor i t hm   us es   m ul t i - hop  pr o pag at i on,   i nc r eas es   ener g y   c o ns er v a t i o n.   W i t h   m ul t i - hop  c l us t er i n g,   l i nk   i s   es t abl i s h ed   bet w e en t he m ul t i p l e c l us t e r  head  nod es  l i k e c hai n an d t hes e C H s   w or k  t oget h er  c ol l a bor at i v el y   t f or w ar t h s ens ed  d at a   b y   t he  nei ghb or   nod es   i t he  gr ou t t h bas s t at i o n.   T hi s   m ul t i - c l us t er i n m ec hani s m   i s   a bl t b al anc t h ener g y   c ons um pt i on  am ong  al l   s e ns or   nodes   an ac hi e v es  a n ob v i ous  i m pr ov em ent  on t he n et w or k  l i f et i m e [ 3] .   E ne r gy - A wa r e  M u lt i le v e C l us t er i ng  ( E AM C )  [ 3]   has  t he f ol l o w i ng s al i en t  f eat ur es .  I t  ai m s  i n r educ i ng t he num ber  o f   c l us t er   hea ds   as   c l us t er   he ads   c ons um m or ener g y   t hus   l es s   t he  num ber   of   CH s   m or i s   t he   l i f et i m e of  t he  W S N .  E A M C   f or m s  c l us t er i ng t r ee t r educ e t h e am ount  of  r el a y   no des  f ur t her   end i ng up i n r educ e d am ount  of  dat a t r ans m i s s i on,  s how s  ada pt i v e n at ur e i n  addi t i on a nd  r em ov al  of  nod es  i nt o t h e c l us t er s  r es ul t i ng  i n r o bus t n e s s  of  t he al g or i t hm .   A  r obus t  c l us t er  he ad s e l ec t i on  i s  i m por t ant ,  s o t hat  c l us t er  hea ds  s pend  l es s  en er g y  o n   aggr e gat i ng  an f or w ar di n m es s ages ,   doi n g ener al   r o ut m ai nt e nanc an d   s om ot her   s i m i l ar  ac t i ons .   W e ar e def i ni n g t h e a l g or i t hm  as  s uc us ed  i n [ 4] ,   t he  c ons t r a i ne d  s pan c ( x )  of  a  node  ‘ x  i n t h E C D S  a l gor i t hm  i s  def i ned  as  t h e s m al l er  of :  t he  num ber  of  unc o v er ed n ei ghb or s   of   x   and t he c o ns t r ai n t   of   x .  T he  nei g hbor s   of  ‘ x   a r def i ned as   x  and  al l   ot her   nod es   w i t w hi c x   s har es   a   c om m u ni c at i on  l i nk   of   good  qu al i t y   [ 4] .   W us t he  r ec ei v ed   s i gna l   s t r en gt i nd i c at or   ( R S S I )  t o det er m i ne l i nk  qual i t y .  R S S I  i s  di r ec t l y  pr o por t i ona l  t o t he r e c ei v ed s i gn al   s t r engt h.   U s i ng  t hi s   w c a c o m m uni c at t t he  nod es   t hat   ar i t he  r ad i r an ge  near b y   w i t s t r ong  l i nk   c onnec t i o an l es s er   r et r ans m i s s i on  t de l i v er   t h dat s uc c es s f ul l y .   T he  qual i t y   of   t he  l i nk   i s   dec i ded  b y   R S S I   and  no de  d i s t anc [ 4 ] .   A dj us t i ng  n odes   ne i g hbor hood  b as ed  o t he  l i nk   qual i t y   a l l o w s   us   t o   us t he  l o w es t   pos s i bl p o w er   s et t i n f or   t r ans m i s s i ons   i or der   t o   c o m m uni c at w i t h o t her   no des  i n  t he  c l us t er .  T hi s  l ead s  t o s om e addi t i on al   ener g y  s av i ngs .   I n H i er ar c hi c al   S p at i al  C l u s t er i ng   (H S C ) [ 5 ]   i n M ul t i - hop  W SN s ,  has  c ons i der e d t he   pr obl em  of  s pat i al  c l us t er i ng f or  appr ox i m at e dat c ol l ec t i on   wh i c h   i s  f eas i bl e an d en er g y - ef f i c i ent .  S pa t i a l  c l us t er i ng  ai m s   t o gr oup t he  hi g hl y  c or r el at ed s ens or  n odes   i nt o t he s am e   c l us t er   f or   r ot at i v e l y   r ep or t i ng  r epr es ent at i v d at l at e r .   I or der   t dec i de  t he  s i m i l ar   nodes   t he  aut h or s   c ons i der ed   m agni t ude  an t r end  of   t hei r s   en s ui ng  r ea di ngs .   W i t s uc m et r i c s   HS i pr op os e t o gr oup t h e m os t  s i m i l ar  s ens or  nodes  i n a di s t r i bu t ed  w a y   [ 5] .  H S C  r uns  on a   pr ebu i l t   dat a c ol l ec t i on  t r e e,  an d t h us  get s  r i d of  s om e ex t r a r equi r em ent s  s uc h as  g l ob al   net w or k  t opo l og y   i nf or m at i on an d r i g or ous  t i m e s y nc hr oni z at i o n.   I n c l us t er - he ads   s el ec t i o n   m et hod c ons i der i ng  ener g y  b al anc i ng f or  w i r el es s  s ens or   net w or k  [ 6]  m ai nl y  c onc er ns  abo ut  r em ov i n g du pl i c at e d at a f r om  s ens or  nodes .  I n or d er  t o   r educ W S N s  ener g y  c on s u m pt i on,   C H s  ar e  s el ec t ed d y n am i c al l y   bas e on  c l us t er  r ot a t i o m e c hani s m .  H ow e v er ,  t he  C H  w hi c h i s  al r e ad y  s el ec t ed c anno t  not  be s e l ec t ed  agai n unl es s   t he r o und  pr oc es s   i s  o v er ,   ev e n t hou gh  t he  no de  i s  s a i d t ha v e m or e en er g y   t h a n ot her  n od es .   F ol l o w i ng t h i s ,  i W S N s  t her e ex i s t s  a k i nd of  i r r e gul ar  ener g y  c ons um pt i on  s t at us  am on s ens or   no des   b ec aus of   C H s   ov er he ad  ener g y   us a ges ,   t h c l us t er   h eads   ar s el ec t ed   bas e on t he r es i d ual  e ner g y   of  t he node,  i r r es p ec t i v e of  t he f ac t  w h et her  a no de has  be c o m e a c l us t er   head   i t h pr e v i ous   r o und   or   no t ,   b ut   s i nc t he  c a l c ul at i n r es i dua l   ener g y   f or   e ac no de  i t s e l f   c ons um es   m or ener g y ,   eac no de  c hec k s   i t s  c u r r ent   ener g y   i t s el f   and  c hoos es   C H   t hem s el v es   bas e o t he  c al c ul at i on  ana l y s i s   r es ul t   [ 6 ] .   T hus   s el ec t i ng  c l us t er   h e ads   bas e o t hei r  r es i d ual  e ner g y ,   has   l ed t o t he f or m at i on  o f  a s e ns or  net w or k  w h i c h c o ns u m e s  l es s  en er g y   as  c om par ed t o L E A C H  [ 11 - 2 1 ].    G r i B as ed  C H   S el ec t i o m e c hani s m   ( G B C H S )   [ 11 ]   pr opos e d t o  par t i t i on  t he   n et w or k   ar ea t un i f or m  s i z e .  G B C H S  f oc us s es  on m i ni m i s i ng t he en er g y  di s s i pat i on  and  m a x i m i z i n g t h e   net w o r k  l i f e t i m e.  T hi s  pr opos ed  m et hod e l i m i nat ed t he  d y n am i c / s c hedul e d r e - c l us t er i ng   pr oc es s   as   t he  C H   i s   r ot at ed  w i t h i t he  G r i p ar t i t i o a nd  ado pt e m ul t i hop  c om m uni c at i o and  m i ni m u m  di s t anc e t o r o ut t he p ac k et s  t o t he d es t i n at i on.   A n a l y t ic a l k - c onnec t i v i t y   pr oba bi l i t y   es t i m at i on [ 2 2]  ana l y s e d t he k - c onnec t i v i t y   pr oba bi l i t y  an d l i nk  s t abi l i t y   c ons i der i ng t he f adi n g t ec h ni q ues .  T he pac k et s  w er e r out e d t hr ou gh   mi n i mu m k - node d i s j oi nt  c o m m uni c at i on  pat hs  f or  s m a l l  s c al e l ogn or m al  f adi ng,  R a y l ei gh f adi ng   and  N ak agam i m  w i t h  s up er i m pos ed l og nor m al  s had o w i n g f adi ng t ec hni ques .   B y   an al y s i ng t h Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                             I SSN :  1 6 9 3 - 6 930   T E L KO M NI K A     V o l.   1 4 ,  N o 3 S ept em ber   201 6   :   9 16     92 2   918   par am et er s   of   node  d ens i t y   ( λ )   an l ogar i t hm i c   s t andar de v i at i on  ( ∑) ,   t he   m i ni m u m   node  dens i t y  r e qu i r ed  i s  i d ent i f i e d.     Mos t  of  t he c l us t er i ng a l gor i t hm s  f ol l o w  r eg ul ar  d epl o y m en t  of  s ens or  no d es  i di s t r i b ut e f as hi o w i t ho ut   c ons i der i ng  t he   no de  di s t a nc t t he   s i nk .   T hi s   appr o ac i s   d i f f er ent   i pr ac t i c a l  i m pl em ent at i on  w her t he  no des  ar e r an do m l y  d ep l o y ed.   D S L B C A  f or m   c l us t er   w i t h   hi g hl y   ba l anc e d i n e ner g y  w h i c h i n t e r n r ed uc es  t he  num ber  of  c l us t er s  gener at ed.  D S L B C A   c hec k s   t he  c onnec t e no d es   ( node  d ens i t y )   an di s t a nc of   t he  nod es   t de t er m i ne  t he  c l us t er   r adi us .           3.   D S L B C A  (D i s tr i b u te d   S e l f - o r g a n i z i n g  L o a d   B a l a n c i n g  C l u s te r i n g   A l g o r i th m )   T he al gor i t hm s  f or   c l us t er i ng a pp l i c at i ons   w er un i f or m l y  d i s t r i but ed  W S N s  f ai l i ng  t o   c ons i der   t he  d i s t anc of   t he  i n di v i dua l   n odes   t t he  b as s t at i on,   a nd  t he  d ep l et i on  of   ener g y   i s   t oo  hi g h d ue  t unb al a nc ed t opo l og i c al  s t r uc t ur e.  T he D S L B C A  i s   us ed f or   av o i d i ng  ex t r a   cl us t er s  f or  c ov er i ng a l l  t h e nod es  and c r eat es  a m or e bal anc e d c l us t er  i n t er m s  o f  ener g y .   D S L B C A  i s   di v i de d t o  t hr ee p has es :   C H  s e l ec t i on   phas e,  C l us t er  f or m at i on  phas an d R e - C l us t er i ng phas e .     P h as I :   C l us t er   he ad  s e l e c t i on  pr oc es s   i s   i n i t i at e di r ec t l y   onc t h s ens or   n od es   ar e   dep l o y ed  i t he  en v i r onm ent .   Let   N t   r ef er s   t t he  s et   of   t r i gger   node,   c hos e b y   t he  di s t r i but ed  al g or i t hm  D S L B C A .     T hes t r i gger   nod es  c al c u l at e d i s t a nc f r om  t he  bas e   s t at i o a nd c l us t er   dens i t y  as   r t he  r ad i us   of   t he  c l us t er ,   a nd  dec l ar es   b y   s el f   as   t em por ar y   c l us t er   he ads   ( T CH i ) ,   w h er i   i s   t he  num ber  of  par al l el  t em por ar y  c l us t er   hea ds  dec i ded  b y :       =  [   ( ) / ( ) ]                                                              ( 1 )     W h er β   i s   t h s ens or   par am et er s   di f f er s   w i t t h a p pl i c a t i o n,   C r ( n)   i s   t h c on n ec t i v i t y   d ens i t y   and  D ( n)   i s   t he  d i s t anc e  f r om  t he bas e  s t at i on   an n   c al c ul at e d us i ng  E quat i o n  ( 2) ,  an d f l o or   f unc t i on t o r ou ndof f  c al c ul at i on.     ( ) = 10 |  | 1 0 .                                                                                  ( 2 )     Let   A   b t he  s i g na l   s t r engt w i t d i s t anc d i s t anc of   m et er   f r o m   t he  bas s t at i on,   [ 10]  and  ( )   is  t h e  k - hop ne i gh bor  of  nod n ,  an ( )   is  k - hop nei ghb or s  of  node   n ,     ( ) = { |   ˄   ( , ) }                                             ( 3 )     W h er d( n, v )   i s  t he h ops  b et w ee n n ode  v   and no de  n .   T he c onnec t ed  no de d ens i t y  f or  t he t r i gg er  no de  i s  c al c ul at e d b y :       ( ) = | ( , ) / , ( ) { } | | ( ) |                                                                  ( 4 )     I f  t w o c l us t er  he ads   w h i c ar e ha v i ng t he s am e c onne c t i v i t y   dens i t y ,  t he  CH n od e   w h ic h  is   hav i n g s hor t er  d i s t anc e  t o  t he  bas e  s t at i on   w i l l  b w i l l  b e c h os en  b y   t h e c on nec t i n g n od es .   C al c u l at e  no de   w e i ght   w ( n)   [ 10]   b y  c ons i der i ng  t h e t i m es  of  nod e b ei ng  el ec t ed  a s  c l us t er  h ead  i n pr e v i ous  r oun ds ,  c l us t er  dens i t y ,  an d di s t anc e f r om  t he  bas e s t at i on,  g i v en  b y  as  s t at e d i equa t i o n ( 5) .     ( ) = × [ ( ) ] + ×  ( ) ( ) × [ ( ) ] ,            ( 6)   gi v en,        1   ˂      ˂  1     W h er ᶿ   and  γ   as  t he  ef f ec t   f ac t or s  v ar i es  w i t t y p of  appl i c at i ons ,   R e( n)   bei ng   r es i dua l   ener g y  of  nod n , [1 0 ],  E( n )   is    i ni t i a l  en er g y   of  nod n ,  an H ( n) ,  no de  n   bei ng el ec t ed  as   c l us t er  he ad  pr ev i o us l y .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KO M NI K A     I S S N :  1 693 - 6 930       D i s t r i bu t ed  C l us t er i n g B as e d on  N od e D e ns i t y  an d D i s t anc e i n   W ir e le s s     ( S as i k u mar  P )   919   T he node  N t   t r i g ger s  c l us t er i ng  pr oc es s  b y  s en di n g ne i gh bor  di s c o v er y   ( H el l o)   Mes s ages   t i t s   k - hop n od es   near b y .    T he ne i gh bor s  w ho  r ec e i v t hi s   m es s age us i ng   ( 6)   w i l l   c al c ul a t e t h e r es pec t i v w e i ght s  a nd t h em s el v es  dec l a r e as  C H ,  i f  t he y  ar e s at i s f y i ng t he  w e i g ht   t hr es hol d.  T he  par am et er s  of   T (w )   and  T (k )   s hou l be  i nv ok ed o n r eg ul ar  bas i s  b y   t he a l g or i t hm ,   s uc h w a y   t ha  al l  t he n od es  f i nds  i t s el f  a c l us t er  t o j o i n.   C H _D ec l ar at i on  i T (w ),   (T (w <   T (k ) ),   i t   dec l ar es   i t s el f   t he  c l us t er   head,   w her T ( w)   i w ai t i ng  t i m e,  and  T (k )   i s   t he  r ef r es t i m r el at e d   t di s t r i but i o of   nod es   and  s p ec i c   app l i c at i ons  [ 10 ] .  T he s et t i n gs  of   T ( w )   and  T (k )   s houl d ens ur e t hat  e ac h nod e i n t h e net w or k  c an   nd  i t s   o w c l us t er   he ad,   a nd  t h a l gor i t hm   r es t ar t s   t he  c l us t er i ng   pr oc es s  af t er   T (k )   c ir c u la r l y .     P h as e I I :   D S L B C A  dec i des  t he c l us t er  s i z e a nd t hi s  s i z e  i s  k ept  as   t hr es ho l d,  t he  num ber  of   nodes  par t i c i p at i ng i n t he c l us t er  nodes  s hou l d ha v e t o  f or m   c l us t er s  w i t h i n t h e t hr es hol d l i m i t .  I f   t hi s  c l us t er  s i z i nc r eas es  b e y o nd t hr es ho l d a dd i t i on al  o v er h ead  i s  c r eat ed  an d r educ es  t h net w or k  l i f e t i m e.  I f  C H  r e c ei v es   J oi n_C H   s e nt  b y  a  node,  C H   w i l l  c hec k  t he  node d ens i t y   t hr es hol an t he i t   w i l l   a c c ept   ne w   m e m ber   and  up dat c l us t er   s i z i f   t he  s i z i s   s m al l er   t ha t hr es ho l d,   v i c v er s a.  I n  c as e of  f ai l ur e,   i t  has  t o  f i n d a  ne w  C H  t o  j oi a nd  p ar t i c i p at e  i t he  net w or k .   E ac of  t he n o des  par t i c i p at i ng  i n t h e n et w or k  has  a l o ok up t ab l e t o s a v e t he  i nf or m at i on C H ,  s i z of  t he  node  ( nod e d ens i t y )   P h a s e  III:   D SL BC A a l g o r i t h m  a v oi ds   x ed  c l us t er   heads   i t h net w or k   b y   d y n am i c   c l us t er i ng   s c he m e.   P er i od i c   r epl ac em ent   t C H   i s   i m pl em ent ed  t bal a nc t he  no de  en er g y   c ons u m pt i on.   T he  c l us t er   i s   s t at i c   unt i l   t h r e - e l ec t i on  i s   t r i gg er ed  at   T (e ) ,   w h er T (e )   i s   t he   t hr es hol t i m t o   re - c l us t er   bas ed on  r es i d u al   ener g y .   C H   g at her s  t he  i nd i v i d ual   w ei g ht s   of  al l   i t s   m e m ber s  and   s el ec t s   t he  ne w   C H   bas ed  hi g hes t   w e i gh t ,   r ed uc i ng  w i t ex c han ge  of   c ont r o l   o v e r head.   H enc e   t he  nec es s i t y   f or   r e - c l us t er i ng  t he  ent i r n et w or k   i s   no t   nee ded   as   t he  n e w   C H   i s   c hos en  w i t h i t he ex i s t i n g c l us t er .      T he  abov pr op os ed  D S L B C A   al gor i t hm   i s   ex t ended   f or   m obi l W S N   env i r o nm ent   t o o   a s  D SL BC A - Mob i l e ( D S L B C A - M)  and f ou nd c ha l l e ngi ng i m pr ov em ent s  ov er  t he c om par ed   al g or i t hm s  b y  m odi f y i ng   w e i ght  c al c u l at i on  w i t h a n ad di t i on al   par am et er  as :       ( ) = × [ ( ) ] + ×  ( ) ( ) × [ ( ) ] + × [ ( ) ]       ( 6)     W h er   m obi l i t y  f ac t or  ( v e l o c i t y )   and   C ( n)   r epr es en t s  t h e c on nec t i v i t y   l eng t h  of  i n t e r v al  a  no de   n   i s  as s oc i a t ed  t o a  C H ,   w i t h t he  as s um pt i on C H  s h ou l d be s t at i onar y .         4.   S i m u l a ti o n  R e s u l ts   W e   c o m par ed c l as s i c al  c l us t er i ng a l g or i t hm s  w i t h t h e pr opos ed a l gor i t hm  i n t er m s  of   pac k et s  s ent ,  c l us t er  c ou nt ,  en er g y  an d no des  a l i v e.   S i m ul at i o n par am et er s   ar e s ho w n  i n     T abl e 1.   E ac h  no de as s i gn s  i t s el f  a r an dom  v al ue b et w een  0 a nd  1.  I f  t hi s   v a l u i s  l es s  t h an t he  t hr es hol d,  t hat  no de  bec om es  a  c l us t er  he ad.   E ac h  no de c al c ul a t es  i t s   w ei ght   us i ng e qua t i o n ( 5)   and  ( 6) ,   i f   t h w ei g ht   of   an y   n ode   i s   gr eat er   t h an  t he   av er a ge   w e i ght   of   a l l   t he   a l i v n odes   t he n   t hat   no de  bec om es  t he c l us t er  he ad.   D S L BC A a n d  D S L BC   M   ar e c om par ed  w i t h  t h c la s s ic a l a lg or i t hm s  s uc h as   L EAC H   an H E ED .  T o c om par e t he al g or i t hm s  w e u s ed num ber  of   r ounds  r ef er r i ng t he i nt er v al  bet w ee n i n i t i al  c l us t er i n g t o r e - c l us t er i n g as  w e l l  f r o m  one r e - c l us t er i n g pr oc es s  t o a not her  r e - c l us t er i ng pr oc es s .  E ac h r ou nd s t ar t s   w i t h a  s et - up - p has e   f ol l o w e d b y  s t ead y - s ta te - p h as e f or  f or w ar t he  dat a t S i nk .  A l gor i t hm  w i t l es s er   dead  no des   i s   c hos en as  t he b et t er   one .   F r o m   t he  F i gur 1,   i t   c a b deduc e d   t ha t   t he  num ber   of   t hr oughput   is   h ig h   in it i a ll y   f o r   LE A C H , H E E D  an d D S LB C A   -   M b ut   w i t h r ou nds  t h e  nodes  d i e f as t er  i n L E A C H ,  H E E D  a nd  D SL BC A   -   M a nd  henc e  ef f i c i enc y  i s  r ed uc ed c o ns i der a bl y   w i t t i m e.  B ut   i n t he c as of   D S L B C A ,  t he  pac k et s  ar e t r ans f er r ed f or  a  m uc h l onger  t i m e as  t he nodes  ar a bl e t o s t a y   al i v f or   l on ger   t i m e.   T a k i ng  i n   t he   per c ent ag es   of   10,   20,   30,   40   t 100 % ,   t h bei ng   t he  no de  l i f e   t i m e of  D S LB C A  i s  m or e t he pac k et  s end r at i o s t ea di l y  s how  h i g her  per f or m anc e.     A t  30% ,  5 0%   and 7 0%  of  r ounds  t he  D S LB C A   s ho w s   s t ea d y   t hr ou ghpu t   abo ut   4 4. 44%  r a i s t han t he  ot her   al g or i t hm s       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                             I SSN :  1 6 9 3 - 6 930   T E L KO M NI K A     V o l.   1 4 ,  N o 3 S ept em ber   201 6   :   9 16     92 2   920   T abl e 1.   S i m ul at i on  P ar am et er s   P ar a m et er s   V al ues   I ni t i al  E ner gy                                                     1 J   T r ans m i s s i on ener gy           50 nJ   R ec ept i on ener gy                                                 50 nJ   F r ee s pa c ener gy  ( E f s )   10 pJ   M ul t i pat f adi ng  ener gy  ( E m p)   0. 0013 pJ   D at A ggr egat i on  E ner gy  ( E D A )   5 nJ     A r ea                     10000*   10000 m 2   P a c k e t  s i ze :   J oi n m es s age  ( P jm   A c k now l edgem ent  ( P ac k )       C l us t er  head  m es s age ( P c hm )     P a c k e t  s i ze  ( P si z e )     2000 B i t s   2000 B i t s   2000 B i t s   2000 B i t s   C oor di nat es  of  t he  S i n k                                         ( 50, 175)   N um ber  o f  node s   1000   N um ber  o f  r ounds   100   S peed of   t he M obi l e node   ( M obi l E nv i r onm en t )   0. 02 m / s e c           F i gur 1.  T hr ough put   of  t he  net w or k   f or  v ar i o us  al gor i t hm s       T he  nu m ber   of   c l us t er s   f or m ed  per   r ound  i bot t h al g or i t hm s   is   in it ia ll y   t h e   s a m e   a s ho w i F i gur e   2 . B u w i t r ounds  i t   c a be  s ee n t h at   t her ar e m or c l us t er s  i t h c as of   D S L B C A   as  c om par ed t o LE A C H ,  H E E D   and D S L B C A   -   M .  T he num ber  of  c l us t er s  t o be   f or m ed as s i gned  as  1 0 a n d o v er  t he  i t er at i o ns  i t  i s   i dent i f i ed  t hat  af t er  25 %  of  i t er a t i o ns  ( 25  r ounds )   o n l y   l es s   num ber   of   nodes   i t he  LE A C H   ar e al i v and   t he y   f or m   as   a s i ng l c l us t er .   T he per f or m anc e o f  H E E D  i s  good u pt o 3 5%  of  i t er at i o ns  and du e t o s t ab l e c l us t e r s  i n D S LB C A   s ho w s  l es s  num ber  of  c l u s t er s  and i s  m ai nt ai n ed c ons t ant   ov er  i t er at i o ns  c om par ed  t o t he  m obi l e D S LB C A  ( D S LB C A - M) ,  i n t he  l at er  s t a ges  s ho w s  due t o m obi l i t y  f ac t or  D S L B C A - f r equent l y  c h ang es  t op ol o g y   a nd a  pr e y  t o f r equ ent  r e - c l us t er i n g.   T o anal y s t he  en er g y  ef f i c i enc y   nod e n um ber  70  i s  c hos en  t o c om par i t s   ener g y   c ons um pt i on s ubj ec t  t o v a r i ous  al gor i t hm s .  F i gur e 3 s how s  t h e r es i du al   e ner g y   le v e i n t he   a lg o r it h m s  is   in it ia ll y  s a m e .   A t  30 %  an d 50%   of  r ounds   i t  c an b e s ee n t ha t  t he   r es i dua l   en er g y   in   node   70   i s  m or e i n t he c as e of  D S LB C A   ab out  11%  a nd 1 3% ,  f i nal l y  r eac h es  1 9 %  at   t he  en of   100 r o unds   as  c om par ed t o  LE A C H ,   H E E D  a nd D S L B C A   -   M.   F r o m   t he  F i gur e   4 ,   i t   c an  b c onc l u ded  t hat   t he  n odes   di f as t er   i LE A C H ,   H E E D   and   D SL BC -   M as  c om par ed t o D S L B C A .  B ut  i n t he c as e of  D S LB C A ,  t h e pac k et s   ar e t r ans f er r ed  f or  a  m uc h l ong er  t i m e as  t he n odes  ar e ab l t o s t a y  a l i v e f or  a  l on ger  t i m e.         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KO M NI K A     I S S N :  1 693 - 6 930       D i s t r i bu t ed  C l us t er i n g B as e d on  N od e D e ns i t y  an d D i s t anc e i n   W ir e le s s     ( S as i k u mar  P )   921       F i gur 2.  N um ber  of  c l us t er s  of  t he net w or k  f or  v ar i ous  al g or i t hm s             F i gur 3.  R es i du al   en er g y   of  t he no des  f or   v ar i ous  a l gor i t hm s   F i gur e 4.  A l i v n odes  i t he   net w or k  f or   v ar i ous  a l gor i t hm s       T he pr opos ed  a l gor i t hm s   s ho w i m pr ov ed r es u l t s   b y   e ner g y  s a v i ng  and  de ad  nod es   c ount  o v er  m ul t i p l e r ou nds .  E v en af t er  s ev er al   i t er at i o n s  w e ar e ab l e t w i t nes s  t h e per f or m anc e   of  s t at i on ar y   nod es  an d f i x ed C H s  s h o w i ng  bet t er  r es ul t s  t h an  t he m obi l no des  du e t o  l i n k   s t abi l i t y  a nd t opo l o g y  c han ges .         5.   C o n c l u s i o n   I t h i s   ar t i c l e,   w pr o pos e d   d i s t r i bu t ed  l o ad  bal anc i n c l us t er i ng  al gor i t hm   f or   W S N s ,   c ons i der i ng  op t i m al  t hr es h ol d  f or  c l us t er s  c onf i g ur at i on.  C om par ed  w i t LE A C H ,  H E E D  an d   D SL BC -   al gor i t hm ,   t he  pr opos e a l gor i t hm   s uppor t s   t f or m   s t at i c   c l us t er   and  i m pr ov e net w or k  l i f e t i m e.   T he s i mul at i o n r es ul t  s ho w s  t hat  t he al g or i t hm  i s   m or s t abl e and i m pr ov ed   per f or m anc abou t   1 5%   o v er al l   c ons i der i ng  r es i dua l   e ner g y   an d   n et w or k   l i f t i m e.   C ons i der i ng  t he pr ac t i c a l  i m pl i c at i ons   w e hav e us ed 1 000 0   x  1000 0 ar ea  w i t h 10 00 no des  t o f or  our  ana l y s i s   and f ound t ha t  t he pr op os ed s c hem e i s  s how i ng i m pr ov e d r es ul t s  f or  bot h s t at i c  and m obi l e   env i r onm ent   pr o v i ng  t he  s c hem s uppor t i ng  s c al ab i l i t y   and  s upp or t s   net w or k   of   d i f f er ent   s i z es .     H enc i our   f ut ur w or k   w pl ann ed  t f oc us   on  ho w   t enh anc t hi s   ne t w or k   t hr ough   i nt er f ac i n i t   w i t i nt er net   us i ng  r ea l   s ens or   n odes   w i t i nd us t r i al   s t and ar ds   ( Z i gbee)   f or   c o m m uni c at i on .         R ef er en ces   [1 ]   R een - C hen g W a ng,   R uay - S hi ung   C ha ng,  J e i - H s i ang   Y en,   P u - I   Le e .   A   D y nam i c   T opol ogy   R ef or m a t i on A l gor i t hm  f or  P ow er  S a v i ng i n Z i gB ee S e n s or  N et w or k s .   I n t er na t i o nal   J our n al   o f   D i s t r i b ut ed  S en s or  N et w or k s .   2013;  201 3:   10     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                             I SSN :  1 6 9 3 - 6 930   T E L KO M NI K A     V o l.   1 4 ,  N o 3 S ept em ber   201 6   :   9 16     92 2   922   [2 ]   S ant ar  P al  S i ngh,  S C  S har m a .   A  S ur v ey  o n C l us t er  B as e d R out i ng P r o t oc ol s  i W i r e l es s  S e ns or   Ne t wo r k s .   I nt er nat i onal  C o n f er en c e on A dv an c ed C o m put i n T ec hno l ogi es   a nd A ppl i c at i on s   (I C AC T A) .   I ndi a,  M um bai 201 5;   45:  687 - 695 .   [3 ]   X i nf ang Y an,  J i a ngt a o X i ,  J o e F   C hi c har o,   Y ang uang Y u .   An  En e rg y - A w ar e M ul t i l e v el  C l us t er i n g   A l gor i t hm   f or   W i r e l es s   S en s or   N et w or k s .   I E E E   I nt er nat i o nal   C onf er en c o I nt e l l i gen t   S ens or s ,   S ens or  N et w or k s  a nd I nf or m at i on P r o c e s s i ng .   S y dn ey ,  A us t r al i a.  200 8 :   38 7 - 3 92 .   [4 ]   J ul i a A l b at h,  M ay ur  T hak ur ,   S anj ay  M adr i a .   E ner gy  C ons t r ai nt  C l us t er i ng A l gor i t h m s   f o r  W ir e les s   S ens or  N et w or k s .   A d H oc  N et wo r k s .   201 3;  11 ( 8) :  2 512 - 2525 .   [5 ]   Z hi da L i u,   W e i   X i ng,   Y ongc hao  W a ng,   D ong m i ng  Lu .   H i er ar c h i c al   S p at i al   C l us t er i n i M u l t i h op  W i r el e s s  S en s or  N et w or k s .   I nt er nat i ona l  J our na l  of  D i s t r i but e d S ens or  N et w or k s .   20 13;  1 1 .   [6 ]   C hoon - S un g  N am ,   Y oung - S hi n H a n D o ng - R y eol  S hi n .   T he C l us t er - H e a ds  S el ec t io n  M e t h od  c on s i der i ng  E ner gy  B a l an c i n g f or   W i r el e s s  S en s or  N et w or k s .   I nt er nat i ona l  J our n al  of  D i s t r i but e d   S ens or  N et w or k s .  2013 ;   6 .   [7 ]   W end i  B   H ei nz el m an ,  A nant h a P  C handr ak a s an ,   H ar i  B al a k r i s hnan .   A n A ppl i c at i on - S pe c i f i c  P r o t o c ol  A r c hi t ec t ur e f or   W i r e l es s  M i c r os en s or  N et w or k s .   I E E E  T r a ns a c t i o ns  on  W i r el e s s  C om m uni c at i o ns .   2002;  1( 4) :  660 - 670 .     [8 ]   A   M ut hul ak s hm i ,   S  H ar i r am an .   Load  B al anc ed  W i t h D i s t r i bu t ed S e l f  O r gan i z at i o n i n  F i l e S har i ng  an d   F ile  A c c e s s in g .   I nt e r nat i ona l  J our n al  o n R ec ent  a nd I nnov at i o n T r e nds   i n C om p ut i ng  an d   C om m uni c at i on .   2014 ;  2( 5) ;  9 90 - 996 .   [9 ]   V   W i ndha M ahy as t ut y ,   A Ad y a  Pra m u d i t a .   L ow  E ner gy  A dapt i v e C l u s t er i ng H i er ar c hy  R out i n g   Pro t o c ol  f or   W i r e l e s s  S ens or   N et w or k .   T EL KO M N I KA .   2014 ;   12( 4) :  963 - 968 .     [ 10]   Y   Li ao,   H   Q i ,   W   Li .   L oad - bal a n c ed c l u s t er i ng   al gor i t hm   w i t h  di s t r i but ed   s e l f - or g ani z at i on    f or     w i r el es s     s en s or   n et w or k s .   I EEE Se n s o rs  J o u rn a l .   2 013;  13( 5) :   14 98 - 1506 .   [ 11]   K hal i d  H as eeb,  K am a l r ul ni z a m  A bu B ak ar ,  A bd ul  H an an A bdul l a,   A d nan   A hm e d.   G r i d B as ed C l us t e r   H ead S el ec t i on M ec ha n i s m  f or   W i r el es s  S en s or  N e t w or k .   T E L KO M N I KA .   2015 ;   1 3( 1) :  269 - 276 .     [ 12]   M   C hat t er j e e,   S K   D as ,   D   T ur g ut .   W C A :   A   w ei ght ed  c l u s t er i n al g or i t h m s   f or   m ob i l ad  h o c   net w or k s .   C l us t er  C om put i ng .  2 002;  5( 2) :  193 - 20 4 .   [ 13]   Y   F er nandes s ,   D   M al k hi .   K - c l us t er i ng  i w i r e l e s s   ad - hoc   n e t w or k s .   P r o c ee di n gs   of   t h s e c ond  A C M   i nt er n at i o nal   w or k s ho on  P r i n c i pl es  of  m obi l e c o m put i ng .  20 02 :   31 - 37 .   [ 14]   M   Lehs ai ni ,   H   G uy enn et ,   M   F eha m .   A   no v el  c l u s t er - ba s e s el f or ga ni z at i on  al gor i t hm   f or   w ir e le s s   s en s or  net w or k s .   I nt er nat i ona l   S y m pos i u m   on   C ol l ab or at i v e   T ec hno l ogi es   and   S y s t e m s ,   2008.   C T S   2008 .   I rv i n e ,  U SA.   200 8 :   19 - 26 .   [ 15]   N  M i tto n , B   S er i c ol a,  S   T ix e u il,  E   F l eu r y ,  I G  Las s o us .   Se l f - s t a b il iz a t io n  in  S e lf - or ga ni z ed W i r el e s s   M ul t i hop N et w or k s ? .   A d H o c  &  S ens o r   W i r el e s s  N e t w or k s .  2 011;  1 1( 1 - 2 ):  1 - 34 .     [ 16]   Z henq uan Q i n,  C a n M a,  Lei   W a ng,  J i aq i  X u,   B i ngx i an .   A n O v er l appi n g C l us t er i n g A ppr oa c h f o r   R out i ng  i W i r e l es s  S e ns or  N e t w or k s .   I nt er nat i ona l  J our n al  o f  D i s t r i but e d S en s or  N e t w or k s .  2013;  11 .   [ 17]   H oom an  H em a t k h ah ,   Y ous ef  S   K av i an .   D C P V P :  D i s t r i but ed c l u s t er i ng pr o t oc ol  us i ng  v ot i ng an d   p ri o ri t y  f or  w i r el es s  s en s or  n et w or k s .   S ens or s  ( S w i t z er l and) .  2015;  15( 3) :   57 63 - 57 82 .     [ 18]   J i e W u Li y i  Z ha ng ,   Y u B ai Y uns h an S un .   C l us t er - ba s ed c o ns en s u s  t i m e s y nc hr oni z at i on  f or  w i r el es s   s en s or   n et w or k s .   I E E E  S ens or s  J o ur na l .   2 015;  15( 3) :   14 04 - 1 413 .   [ 19]   B  B ar an i dhar an,  S   S r i v i dhy a,   B   S an t hi .   E ner gy  ef f i c i ent  hi er ar c h i c al   uneq ual  c l us t er i ng  i n w i r el e s s   s en s or  n et w or k s .   In di an  J our n al  of  S c i e nc e an d T e c hn ol og y .  2014;  7( 3) :  301 - 305 .   [ 20]   Y i ng Li ao J i anj i ng S he n ,   Y L in C han gl i n Z hou .   Q ua nt i t at i v e anal y s i s  of  net w or k  c o nf i gur at i on i n   r ando m i z ed di s t r i bu t i o w i r el e s s  s en s or   n et w or k s .   I EEE  Se n s o rs  J o u rn a l .   20 14;  14( 6) :  197 4 - 1979 .     [ 21]   U pas an a D oh ar e,  D K   Lob i y al ,  S us hi l  K um ar .   E n er gy  ba l a nc ed  m o del  f or   l i f et i m m ax i m i z at i o n i n   r ando m l y  di s t r i but e d w i r el e s s   s en s or  n et w or k s .   W i r e l es s  P er s ona l  C om m uni c at i ons .   20 14;   78( 1) :   407 - 428 .   [ 22]   N ages K N ,   S at y anar ay an a   D ,   M N   G i ri   Pra s a d .   A A nal y t i c al   E x pr es s i on  f or  k - co n n e ct i vi t o f   W i r el e s s  A d H o c  N et w or k s .   T EL KO M N I KA .   2014 12 ( 1 ):   1 79 - 188 .         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.