TELKOM NIKA , Vol. 13, No. 4, Dece mb er 201 5, pp. 1214 ~1 224   ISSN: 1693-6 930,  accredited  A  by DIKTI, De cree No: 58/DIK T I/Kep/2013   DOI :  10.12928/TELKOMNIKA.v13i4.1895    1214      Re cei v ed Se ptem ber 30, 2015; Revi se d No vem ber  3, 2015; Acce pted No vem b er 18, 201 5   Routing Algorithm Based on Area Division  Management of Node in Wireless Sen s or Networks      Gao Wei 1,* , Song Yan 2 , Shuping Fan 1   1 Institute of  T e chno log y , Mu d anji a n g  Norma l  Un iversit y , Mu dan jia ng 157 01 1, Heil ong jia ng , China   2 Departme n t of Scientific Res earch, Mud anj i ang N o rma l U n iversit y , Mu da n jian g  15 70 11, Heil on gji a n g Chin a   e-mail: 0 453 ga o@mai l .com       A b st r a ct   In order to r e duce th e co mmu n ic ation  ov erhe ad  amon g  sensor  no des , a routin g a l g o rith m is   prop osed  bas ed on  z o ni ng  ma na ge me nt nod es. T he al gor ith m  d e fin e s  the calcu l ati on  meth od of  the   netw o rk p a rtition r adi us  afte r no des  de pl o y me nt, an di vides   mon i tore d ar ea  accor d ing  to th e r adi us   me anw hi le l a y outs on e man a g e m e n t nod e i n  eac h partiti o n . T hen n odes ’ communic a tio n  cost is calc ul ated  base d  on the  d i stance a m on g  nodes  as w e ll as nod es  e ner gy, and fin i she s  the selecti on  of routing  nod e s   base d  on the c o st. F i nally, usi ng the Matl ab  simulati on e n vi ron m e n t, the para m eters i m p a cting the  opti m a l   partitio n  rad i us  are disc usse d ,  and the  prop osed r outin g al gorith m  is c o mpare d  w i th exi s ting al gor ith m s.  T heoretic al  an alysis  an d ex p e ri ment al r e sul t s show   that  t he prop ose d  alg o rith m is more bal anc ed on   nod es  e nergy consu m ption. T he  al gor ith m   reduc es n e tw ork traffic over h ead w h i l exte nds the  lifeti m e of   the netw o rk.      Ke y w ords : W i reless Se nsor  Netw ork, Mana ge me nt Nod e s,  Routin g Alg o ri thm, Co mmu n i c ation Overh e a d Partition      Copy right  ©  2015 Un ive r sita s Ah mad  Dah l an . All rig h t s r ese rved .       1. Introduc tion  Wirel e ss Se n s or Netwo r ks (WS N) i s   ge nerally  m ade  up of tho u sa nds  of self-o rgani zed  sen s o r  n ode s whi c are very small. As se nsor   nod e  ca n al so  se nse  and  p r o c ess info rmati on  together  with  commu nicating with oth e r no de s, people d e si gn  wirel e ss se nso r  net work to  monitor vari o u situatio ns or ev ent s, transmitting  th e no de  data   to termin al  u s ers.  Ho wev e r,  althoug h the r e is limited  strength  of se nso r  n ode  in  pra c tical a p p licatio n an d  WSN will  sa ve   stren g th  as m u ch  a s   po ssi ble by  ap plying g r e a net work  top o logy and be st  routi ng strate gy.  But  becau se of the differen c e  between tra d itional net work a nd Ad h o c net work, route in WSN are  paid mo re an d more attenti on [1, 2].  Dep endin g  o n  the event -driven n a ture  of WSN, th e main fu ncti on of sen s o r  node i n   different ap pl ication s  i s  to forward th e perce pt ion  data from t a rget  zon e  to ba se  station.  Therefore, d e sig n ing effi cient routing  algorit hm t o  build hig h  quality path  is one of  most  importa nt issues i n   WSN [3, 4]. For  the inhe re nt  feature s  of  WSN, routi ng  in WSN is  a   chall engin g  p r oble m . In re cent ye ars, schol ars h o me  and  ab roa d   prop osed th at there  a r e m a inly  two routing  a l gorithm s [5,  6, 7]: sin g le  path rout ing   algorith m  a n d  multipath  routing  algo rithm.  The fo rme r  i s  e a sy to  be  reali z e d  a n d  go od in  e x pansi b ility, but ha high  network e n e rgy  con s um ption,  and thus it cannot meet th e requi re m e n t s of reso urce -co n st rain ed  WSN. Multipa t h   routing  algo rithm is a te chn o logy that ca n be u s ed to  sub s titute ro u t ing techn o lo gy. Throug h the   paths it ch oo se s, the data  can be tra n s mitted fr om  the sou r ce to the target. Comp ared wi th   singl e path routing, low  delays,  load  balanci ng a nd high lin k quality of  multipath rou t ing  techn o logy h a signifi can t ly improved  WSN  p e rfo r man c and  attracted  m o re a nd mo re   attention.  For the WS N of multipath routing, a ne w ki n d  of mul t i-hop routing  algorithm b a s ed o n   partition man ageme n t nod e is improve d  in order to furthe r save the node e nergy and impro v e   the routin g ef ficien cy of the Internet. Th e algo ri thm raise s  the  defi n ition of "Part i tion radi us"  a nd  provide s  co mputational method  of  th partition  ra dius a nd di scu s ses the  radiu s  value  after   netwo rk sen s or node ra ndom  de ploy ment.  To  re alize the a r ea divisio n  of netwo rk,  then  distrib u te a  p l ace d  ma nag ement n ode  i n  ea ch  pa rtition, an d p o int  out the  division p r o c e s of  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  1693-6 930     Routin g Algorithm  Based on Area Di vi si on Mana gem ent of Node i n  Wirel e ss …   (Gao Wei )   1215 netwo rk p a rtition, in the end give routin g pro c e ss of the node. Through the the o retical analy s i s   and sim u latio n  experime n t, the result shows t hat the netwo rk ex pan sibility of the propo se routing  algo rithm is g ood,  while  red u ci n g  ene rgy con s umptio n of n ode an d bal a n cin g  nod e lo ad,  lifetime of network is d e lay ed.      2. Rese arch  Metho d   A lot of ro uting poli c y i s   raised i n  recent y ears, in  ord e r to  pro v ide the u s e  ratio of   netwo rk  ene rgy. Apply the traditional ro uting al go rith m CR [3]. Wh en nod e dete c ts the eve n ts, it  will broad ca st  them to all the node s (th e se node a r called nei ghb o r ing n ode s)  within the ran g e   of telecommunication. The  neighbor i ng nodes will  al so  br oadcast the in formation to  other nodes.  The process  will be going  until  th e event reaches base  station  (BS),  whi c h result s in over  con s um ption  of node st ren g th in netwo rk and a d d s  th e confli ct in wirele ss tran smissi on. In order  to improve the utilization of netwo rk st rength, many routing st rate gies are put forward in  recent  years [4 -12].  LEACH [4], whose exec ution process is perio dical,  i s  the typical routing alg o rit h in WSN. Every circul atio n con s i s ts o f  stage  of cluster  esta bli s hme n t and  stage of d a ta  telecom m uni cation. The   routing algo rithm  divide n e twork  into many clu s ters  in   net wo rk  by   rand omly cre a ting cl uste head, from  which it  se nd s, re ceive s  an d  com b ine s  d a t a to red u ce t h e   stren g th co nsumption of co mmon no de s. But in  the proce s s of clu s ter hea d directly transmittin g   data, LEACH algo rithm  d oes not  co n s ide r  the  a c t ual p h ysi c al  distan ce  fro m  nod e to  b a se  station, whi c h lead s to n ode con s um ption’s  rapi increa sing al ong with  big ger di stan ce  from   base  station.  The r efo r e, t h is  algo rithm  doe not fit  in  WSN’ s l a rge - scale  e n vironm ent.  The   schola r s late r come  up   with the  imp r oved  algo rithm like LEA C H-TE [5] a nd LEA C H-CE[6]  agains t the dis advantages   of LEACH. In c h oos i ng c l us ter head,  the  former c o ns iders  remained  stren g th of n ode an d average  stren g th  in the wh ole  netwo rk. T h e  latter intro duc es  th e  co nce p t   of ba ckup  cl uster he ad.  Both of the   algorithm s calcul ate the   best  clu s ter  num bers fro m  the   prin ciple  of le ast st rength.  Com pared wi th LEACH,  th ese t w o alg o rithm s  are b e tter. Eight pe o p le  inclu d ing  Wa ng Kun c hi  [7 ] and  Du an  Wenfa ng [8]  com e  up  wit h  the  routin g  algo rithm  ba sed   on“m i nim u m   hop .  The basic id ea of this algo rith m  is to establish “m inim u m  hop” and tim e ly add   new no de by  se ndin g   m e ssag e s wi th ea ch  othe r am ong  the  nod es.  The  two  algo rith m s   optim ize the   pro c e s s of  da ta tran sm issi on a nd  use A C K a s   well  a s  m e ssage  ca c he  me ch ani sm.  In addition,th e document [8] puts forwa r d Hell o pa cket jumping m e ch ani sm an d provide s  th maintena nce  pro c e s s of   route.  RDS R [9] puts fo rward a nothe r kin d  of  ro uting id ea,  whi c divides the n e twork into several area s based on th e  relative dire ction of transferri ng data. Then   the node  will  rand omly sel e ct rel a y nod es in all  are a s  a c cordi ng t o  the rel a tive positio n dista n ce   from ba se  sta t ion. The n o d e  ro ute proce ss  of u s ing th is alg o ri thm i s  ea sy, but  when the  divid ed  area s a r e rel a tively large in netwo rk, ro uting circ le  wi ll be cre a ted i n  netwo rk b e c au se of no d e ’s   rand om sel e ction. Do cum ent  [10]  a nd  [11] put fo rward  ro uting  p a th to find  n ode  by creati ng  routing tabl e for sho r tcomi ngs of RDSR. Docu m ent[1 2] put forward ERIDSR al gorithm, whi c introdu ce s “minimum ho p” an d add s the factors  of telecomm unication di stance. In ord e r t o   further  save t he strength o f  node an d improve the  routing efficie n cy of network, a kin d  of n e routing al go rithm is create d  base d  on are a  division ma nagem ent of node.       3. Routing  Algorithm Bas e d on Are a  Div i sion Managemen t  of Node   Similar to LEACH al gorith m , the execut ion proc e s s o f  routing alg o r ithm is p e rio d ical, but   every cycle i s  divided into three  stage s: se tting net wo rk, dividing a r ea and tra n sf erri ng data.     3.1. Producti on of Ne t w o r k Topolog y   It is assume d that 200 sensor n ode s in net wo rk  are rand omly arra nge d at the two- dimen s ion a area  with th area  of 20 0m *200m. Ba se  station i s  lo ca ted on th e left side  bel ow t h e   monitori ng area. The  places  will  not be changed af ter a ll nodes  are arranged.  As Figure  1 is   sho w n  the n e t work top o log y , the hori z o n a l axis  and  vertical  axis are u s ed to  ma rk th e g r ap hical   positio n of no de (a bsci ssa  and o r din a te). Commo n se nso r  no de i s   see n  a s  ci rcl e  sig n  “ ” in t he  figure. Ba se  station is l o cat ed at the  origi n  of  two - dim e nsio nal  coo r d i nate a s  the t r iangle  sig n  “ ”  in Figure 1.  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                             ISSN: 16 93-6 930   TELKOM NIKA  Vol. 13, No . 4, Decem b e r  2015 :  121 4 – 1224   1216     Figure 1. Structure of n e twork a r rang em ent.      3.2. Area Div i sion Proces s of Ne t w o r k   3.2.1. Calcul ation of Sub a rea Semi-Diameter   It is assum e d  that sen s o r  n ode in  network  can dyn a mi cally sen s e th e rem a ine d  st rength   and po sition i t self as  well a s   cal c ul ate the dista n ce from ba se  station or  other  n ode s by usi n g I- ERIDSRalgo rithm. The i  subarea  se mi-diamete r in  n e twork i s   Ri (1 , )  it t i Z , of whic h tt   rep r e s ent s th e total n u mb er  of suba rea  se mi-di a met e r. Th cal c u l ation formula  is  as Equ a tion   (1).     11 22 21 1 ,1 (( 1 ) / ) , 1   i cd i R i ii c d R i          ( 1 )     In Equation  (1), d i s  the t e lecommu nication threshol d and  it is  se t that all nod es in  the   rang e of d1a way from n o de i  (1 )  in   are the  neighb ori n g  node s. The  n is the n u m ber of   comm on  sen s or no de in   netwo rk. In f o rm n e tw o r k the unifie d   para m eter c1  and  c2  are  two   importa nt on es i n   establi s hing  su barea  structu r e  by  setting  different value s  i n  practi cal  use  to  flexibly chan ge the divi sio n  of network  area. Pa ram e ter  c1i s  u s e d  to de cide t he si ze  of se mi- diamete r  R1 i n  the first sub a rea, which indire ctly  affects the si ze o f  semi-dia met e r in other a r eas  and finally  wil l  affect the a r ea in all  su ba rea s . Parame ter c2 affect s the se mi-di a meter valu o f   other  sub a re as ex cept for  R1, which  ma ke s the value s  of pa ramete r c1 and  c2in  R1a s  0.2 a n d  3.   The valu e of  Rican  be  se e n  in  Figu re  2. Value  of min i mum  sub a re a semi-diame ter in  netwo rk  depe nd s on the furthe st no de from ba se  station in net work.   We  will further study the function  of parameter  c2. It i s  not ha rd to  see from Figure 2  and  cal c ulatio n formula  (1) th at the whol e se nso r  net work arra nge ment  is in the first  quad rant. Th e   sub a re semi -diam e ter i s   a qu arte r of t he  circle  sem i -diam e ter.  When i > 2  and   a, m X and m Y and   rep r e s ent the  scope  of m onitorin g  a r e a . It can  be  kno w n f r om f o rmul a (2) th at the value   of  para m eter c2 dire ctly affect s the  si ze  of  other area s e x cept fo se ction 1.  The  area S  of i  sub a re a   is:    22 21 21 1 22 22 2 1 21 21 1 1 22 2 2 22 2 1 2 21 2 22 2 2 1( 1 ) ( 1 ) (2 ) 4 1 ( 1) ( 1 ) ( 1) (2 ( 0 . 2 3 ) ) 4 1 ( 1) ( 1 ) ( 1) (0. 4 6 ) 4       i i k i k ii Sc d c d R ii ii k cd cd d d ii k ii k cd c ii k      (2)   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  1693-6 930     Routin g Algorithm  Based on Area Di vi si on Mana gem ent of Node i n  Wirel e ss …   (Gao Wei )   1217     Figure 2. Top o logy stru ctu r e of network  dividing area       3.2.2. Div i sio n  of Ne t w o r k  Area   Base station,  whi c h will  be regarded as  c enter i n  network,  will  calcul ate the  network  sub a re a semi -diam e ter. Rii s   the se mi-di a meter  t o   p r o duce ma ny virtual  circle s. In order to ma ke   it convenient  for instruct ion, it is  shown i n  the  dotted li ne of  Figure 2  that  base station will  divi de  netwo rk i n to several fan shape a r ea according  to  these  circle s. After dividing areas, b a se   station  will broadcast information  to  node of arrangement area.  Wh en node i s  received, it  will   cal c ulate  the  are a  n u mbe r  itself  acco rding to  th e d i stan ce from  base  st ation.  The  process of  netwo rk dividi ng are a  and  calcul ation pro c e ss of no de  area n u mb er  are a s  followed:  (1)  The broad ca sting informa t ion packet  HELLO (IDi ,(N(i ) .xd,N(i ) .yd),d1 ) of nod e i in netwo rk  inclu d e s  the  identifier IDi with  n ode i,  coo r dinate(N(i).xd , N(i).yd) of  node i and  telecom m uni cation  thre sh old d 1 , After  anothe r n ode   re ceive s  pa ckets,  it will calcul ate  th e   absolute val u ij d accordi ng t o  the  dista n ce from  no de i.  If 1 ij dd , node i  will   rega rd  no de   j as neig hbo ri ng one a nd st ore it in routin g table.  (2)  Base  station  reg a rds R1 as tel e comm unication  se mi-diam e ter  and  se nd s t he p a cket   Messag e (n +1,(N(n + 1).xd, N(n + 1 ) .yd ),Ri), i dentifier with base  station in message, ba se   station  co ordi nate a nd  cal c ulation fo rmul a of  sub a re semi -diam e te r. After no de  i re ceiv e s   messag e in   area  1, it  will  cal c ul ate th e ab sol u te v a lue  of di sta n ce  from  ba se statio n a n d   store  Ri acco rding to ba se  station coo r d i nat e. Later n ode i will se n d  data packet  Message 1   (i,n+1, ( N(n + 1 ) .xd,N(n + 1 ) .yd ),d1) to the  neigh bori ng n ode.   (3)  After neighb o r ing no de j in  node i is received, it  will calcul ate the a b sol u te value  of distance   from ba se  st ation a c cordi ng to the me ssage,  ch a n g e  the nod e id entifier i to j i n  Messa ge1   and later  will forward to other neig hbo rin g  node s.   (4)  Rep eat step (3) until all no des h a ve ca l c ulated the di stance from ba se statio n.  (5)  Base statio n  compa r e s  with the area semi -diam e te r acco rding t o  the distan ce absol ute  value from th e furthe st no de. If  1 _ tt RM A X D i s R base st ation will gai n the total num ber t  of divided are a  in netwo rk.   (6)  Node i will cal c ulate the area number N(i ) .Z it self according to the abs olute value  of distance  from ba se sta t ion. The cal c ulation form ul a is   1? 1  If 1 iB S dR , then N(i).Z =1;   2? 2  Otherwise,if 1 ,( 2 )   ii B S i Rd R i ,then N(i).Z =i.  The n e two r stru cture is shown in Fi gu re  acco rdi n g to the p r o c edures ab ove after  netwo rk  divid e s a r ea s, in  whi c h net wo rk is divid ed i n to seve ral f an shape  are a s. The  nea rest  sub a re a from  base  station  is area Z1.  As the area   of this part  is rel a tively small, it is not  indicated i n   Figure 2.  Zi i n  the fig u re  repre s e n ts th e i  sub a re ( 2,  it t i Z ). R1—— R5   in  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                             ISSN: 16 93-6 930   TELKOM NIKA  Vol. 13, No . 4, Decem b e r  2015 :  121 4 – 1224   1218 hori z ontal  axi s  represent s subarea  semi-diam e te r.  Base  station will arrange a managem ent  node in  every  area  after di viding area s. As nod e “* ”is  sho w n in fig u r e, this  kind  o f  node po sitio n   in area i s  fixed and the st re ngth is out of limit.    3.3. Routing  Process o f  Node   In order to fu rther imp r ove  the  routin g e ffi ciency  of n ode,  th e al g o rithm  (recorded  as I- ERIDSR) fully consi ders the su barea  numbe r an stren g th of node, dista n ce from nod e  to  manag eme n t node  or b a se station i n  selectin g ro uting no de, whi c h n ode i  will  cho o se from  all   neigh bori ng node j (1 , )  jn j i   accordin g to the size of telecom m uni cat i on co st. Th e   telecom m uni cation  co st N(j).co s t of nod e j is defined  as   22 ( ) / ( ). , ( ). 1 () . () . c o s 22 ( ) / ( ). , ( ). 1     sqrt d d N j re N j z ij j N i h e a d Nj t sqrt d d N j r e N j z ij j B S      ( 3 )   It is not h a rd   to find from  formul a (3) th at  the big ger  the  st rength   of node  j, the  nea rer  distan ce from  manag eme n t node  or bi gg er p r ob ability to forwa r da ta as the  next node. In o r d e to ensure the effectiveness of  algorithm, the nodes nea r base  station  will directly send data to  the station. T he pro c e s s of node  (1 )  ii n  in sele cting ro ute is  con c lu ded b e l ow:         The 1 - 4 line  of the algo rithm above i s   an init ial p r o c ess of pa ram e ter, of whi c h  MNnu m   rep r e s ent s the numb e rs of  manag emen t node in n e twor k. As the  definition of i dentifier in b a se   ----- - - -   1? 1 f o r i = 1 : 1:( n +M Nnu m + 1 2? 2  N( i) f l ag_m u lt i H o p = 1 ;   3? 3  N(i ) .n e x t h op == 4? 4 e nd f o r   5?5 fo r  i = 1 : 1: n   6?6 i f  (N (i ). Z= = 1 7? 7 N( i) .next h op = n + 1 ;   8? 8 N( i). f la g_m ultiH o p = 0;   9? 9 e nd if   10 ?10 i f ( N ( i ) . f l a g_m ultiHop = = 1 & & N( i) .ne i bNum > 0 )   11 ?11    f o j= 1:1:N( i) . n e i b N um   12 ?12    COM P UT E   N(tem p He ads ( j)).c o s t   13 ? 1 3    end   14 ?14 i f (N(t e m p H e a d s (j)). Z< N ( i ) . Z 15 ? 1 5      i f (N(t e m p H e a d s (j )). co s t   == m i n c o s t )   16 ?16      N(i) . n ex tho p = t em pHe ads ( j )   ;   17 ? 1 7      e n d   i f   18 ? 1 8     e l se  i f (N(t e m p H e a d s ( j )). Z = =N (i ). Z&&  N ( i ) . n e x t h o p = = 0 )   19 ?19 i f (N(t e m p H e a d s (j)). co st  = = m i n c o s t 1 )   20 ? 2 0        N( i ) . n ex thop = t em p H e ads (j )   21 ? 2 1      e n d   i f   22 ? 2 2  els e   if ( N ( t em p H ea ds ( j ) ) . Z > N(i) .Z & &   N( i) .next hop = = 0)   23 ? 2 3         i f (N(t e m p H e a d s (j )). c o st   == m i n c o s t 2 )   24 ? 2 4         N(i) . n ex tho p = t em pHe ads ( j )   ;   25 ? 2 5         e n d   i f   26 ? 2 6    end   if   27 ? 2 7 end  if   28 ? 2 8 e nd f o r   29 ? 2 9 N( n+ 2) . ne x t S t o p = n + 1 ;   30 ? 3 0 N( n+ 2) . f l a g_m ultiH o p = 0;   31 ? 3 1 f o r i = 3 : 1 : (M Nnu m + 1 32 ? 3 2 i f (N(n + i ).f l a g _ m u l ti Ho p== 1 )   33 ? 3 3  N( n+ i) .n e x tSt o p = n + i- 1;   34 ? 3 4 e nd if   35 ? 3 5 en d f o r   ----- - - -   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  1693-6 930     Routin g Algorithm  Based on Area Di vi si on Mana gem ent of Node i n  Wirel e ss …   (Gao Wei )   1219 station i s  n + 1, the identifi e r of ma nag ement  no de  will begi n fro m  n+2.  N(i ) . flag_multiHop  is  use d  to in dicate if no de i  a pplie way of  multi-jumpi n g to  trans f er data. Initiati ve value of 1  refers  to use  way of  multi-jumpi n g and  N(i ) .ne x thop is u s e d  to store th e i dentifier of n e x t jumping ro ute   in node i with  initiative value of 0; the5-9  line  of the algorithm i s  used to judge t he are a  num ber  size of  nod e (1 )  ii n .If are a  n u mbe r  e qual 1, n ode i  do es n o t nee d to  forward  data  by othe node s but to dire ctly send  data to  base station. At this time, the  multi-jumpi ng identifier vari a b le   of node i will be set as 0; the 10-27 line  is use d  to  use way of multi-jumpi ng to send data of n ode   i routing p r o c e ss, of whi c h the 10 -1 3line is  u s e d  to calculat e all teleco mmuni cation  cost   N(tem p Head s(j )). cost  of n e ighb orin g n o de in  nod e i.  The 1 4 -27 lin e u s e s  multi-j u mping  ro utin strategy: at first node i  will  choose the m i nimum  neighboring node j  as th e next j u mping route in  all neig hbo rin g  nod es wh ere area n u mb er i s  the  smal lest. If there i s  no  such ro u t ing nod e in t h e   14-1 7  line  of  the algo rithm,  node i  will  re spe c tively sel e ct a c cording  to are a  nu m ber  with e q u a l   and bi gge seque nce fro m  the n e ighb oring  no de in  co rrespondi n g  area s b a se d on th e p r in cipl e   of minimum t e lecommu nication co st wh ich  can b e  se en at 18 -26 li ne; the 29 -30  line is u s ed t o   define ro uting  node of man ageme n t nod e in sectio n 1  as base stati on and set the multi-jumpi n g   identifier of  manag eme n t node a s  0; the 31 -35 li n e  is used to d e fine the ro uting nod e of o t her  manag eme n t nod es excep t  for  sectio 1. The  next j u mping  in thi s   kind  of n o d e  is sm alle r t han  the manag e m ent node of  area num be r. It is not  hard to see fro m  the routing  node sel e cti on  algorith m  defi ned in thi s  text that node will pr efer to  sele ct the ne are r  area nei ghbo ring  nod e   from b a se  st ation a s  relay  node. In  this way, it  will  redu ce the   te lecom m uni ca tion co st of  n ode  and save the stren g th of no de, whi c h is  cruci a l to wirel e ss se nsor wi th limited stre ngth.      4.Simulation Experiment    4.1.Experiment Env i ron m ent and Pa ramete r Setti ng  Imitate opera t ing environ ment of network in  the M a tlab simul a tion platform b y  setting   experim ent p a ram e ter. It i s  d e fined  the  be st calcula t ion form ula  of su barea  semi-di a mete r in  routing  algori thm(I-ERI D S R ) of thi s  text accordi ng t o  the experi ment result.  We  will also  make   comp arative analysi s  bet ween I-E R IDS R alg o rithm  a nd RDSR, E R IDSRalgo rit h m. It is assu med  in expe rimen t  that there  are  200  co mmon  se n s o r  no de  rand omly scattered in the  two - dimen s ion a l area of 20 0m *200 m in wh ich the initial stren g th of node is 0.5 J  a nd si ze of da ta  p a c k e t is  40 0b its .   The exp e rim ent value  of t e lecommu nication th reshol d d1  is 30m.  Part of oth e variabl e   value in expe riment is  referred to do cum ent [13].    4.2. Experiment Result a nd Theor y  Analy s is   4.2.1.Cer t ain t y  of Parameter in Subare a Semi-Diam e ter Fo rmula   In ord e r to  p r operly  divide  the net work  a r ea  and  re du ce tel e comm unication  con s umptio of node s to t he up pe r limit, it is stu d ied  the be st  valu e of pa ram e ter  c1 a nd  c2  in su ba rea  se mi- diamete r  by  simulation  exp e rime nt of  wh ich th e ex pe ri ment result is se en  at Figu re 3.  Figu re  provide s  five  different valu es  of 0.1,0.2, 0.4,0. 6,0.8 when  c2 =1 th stren g th  con s umption t r en d  of  all node s in every turn of network. The  experim ent  indicate s that whe n  c1i s  valued 0.1 and  0.2,  the stre ngth  con s um ption  and wave  of node in e v ery turn are relatively small. The no de   con s um ption  of every turn is balan ced  althoug h whe n  c1is valu ed  0.1, the node con s um ptio n   stren g th  com b ination i n  ev ery turn  is th e sm alle s t. But in this co n d ition, the  su bare a (se c tion  1)  near the  ba se statio n i s  t he  smalle st  and th n o d e  num be r in   the area i s  t he lo we st. T hese   node whi c h   are  nea ba se statio n h a ve mo re  bu rde n  an will di e  ea rly be cau s e of  run n ing   out  of strength. T h is will ma ke  the “blind si de” [14] in  this su barea. In orde r to better solve the  “hot   spot”  [15] problem nea r the  ba se  sta t ion, the b e st value of  c1 is 0.2 i n  t he exp e rim e nt  environ ment  of routing alg o rithm provid ed in this text.      Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                             ISSN: 16 93-6 930   TELKOM NIKA  Vol. 13, No . 4, Decem b e r  2015 :  121 4 – 1224   1220     Figure 3. Net w ork con s um ption wh en p a ram e ter c1h a s differe nt value s       Figure 4 p r ovides fo ur  different val ues  of c 2 = 1 ,2,3,4 when c 1 = 0 .2 the s t rength  con s um ption  trend of all node s in every turn of  network. The ex perim ent re sult indicate s that  whe n  c2i s  va lued bet wee n  1 and 3, th e wh ole con s umptio n of  node  will g r a dually re du ce  in   every turn  of  netwo rk. T h is is be ca use  when  c2i s  valu ed too  small  (c2 = 1 o r  2 )  a n d divided  are a s   in netwo rk  are relatively many, the area  of  small num ber  will be lo wer  and the  node s are fe wer  too. But these no des ofte n ne ed to fo rward the  dat a of big g e r  a r ea  numb e whi c h a r e  se nt by  node. A s  a  re sult, the n ode  con s u m ption  will be  more  and  will die  e a rly. The  nod e co nsumptio of all area s a r e not bal an ced, whi c h will  make  the  whole pe rform ance of network  go do wn.  It  also  can b e  seen from Fi g u re 4 that wh en c2 i s  valu ed more like  4, the netwo rk co nsumptio n is  increa sing. T h is is be ca use when  c2i s  valued mo re, the suba rea  numbe r in ne twork is too little  and n u mb er  of mana geme n t nod e is not  much a nd th e no des of all  are a s except  se ction  se nd   data, it n eed s n o t ma ny  manag eme n t nod es to  send, whi c h  will re sult  in   the  fo rwardi ng  circulatio n a nd mo re  con s umptio n in   netwo rk.  Th e r efore, the  b e st valu e of  c2  is 3 i n  t he  experim ent e n vironm ent of routing alg o ri thm provide d  in this text.          Figure 4. Net w ork con s um ption wh en p a ram e ter c1 has different values      Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  1693-6 930     Routin g Algorithm  Based on Area Di vi si on Mana gem ent of Node i n  Wirel e ss …   (Gao Wei )   1221 4.2.2.  Comparison of Str e ngth  Cons u m ption   In Figu re  we ma ke  co m pari s on  of th e no de  co nsumption i n  n e twork wh en  the three   algorith m of  RDS R, ERIDSR an d I-E R IDSR  ope rate   i(i=1,2,… 1 0 )  turn s. Simulati on expe rime n t   has be en do ne for 10 turns and the n ode in every turn tran sfer  only one dat a. It is not ha rd to   see  from  Fig u re  5 th at the  co nsumptio n  of  RDS al g o rithm i s  the  bigge st  with t he in crea sing   of  turns  and th e co rrespon ding  stren g th  curve i s  n o t  smooth. T he no de  strength oth e two  algorith m s ke eps ste ady g r owth  and th con s um pti on  of routin g al g o rithm I-E R IDSR p r ovided  i n   this text is the sm allest.  T h is i s  because in  the  routi ng p r o c ess  of usin g RDS R  algo rithm no de   will ra ndomly  sele ct nod as relay no de s in all  sub a reas  acco rdin g to are a  nu mbers  whi c can   not ensure the optimizatio n of  node. T h is will m a ke  some  node s transfe r data  in long di sta n ce   and  con s u m e  big n ode  strength. In a d d i tion, if  node  arrang ement  in RDSR  alg o rithm i s  in t h e   subarea with bigger ar ea number and far away from m anagem ent node, node will produce  routing  ci rcle  in this a r ea  which  will ma ke the nod e ru n out of stren g th and di e e a rly. Thu s , using  the whole n e twork of RDSR alg o rit h m w ill have big algori t hm and imbalan ce d no de   con s um ption.  The r e  are t h ree  fa ctors  among  jum p i ng n u mb er,  area  n u mbe r  and  n ode  in  the  pro c e s s of  choo sing  rel a y node  in E R IDSR  alg o ri thm.  Com pared with RDS al gorith m , the  whol e con s u m ption of ERIDSR algo rith m will be lo wer; and I-ERI D SR alg o rith m divides are a  of  netwo rk th ro u gh expe rime n t  to define th e be st ca l c ul ation form ula  of sub a re semi-di a mete r in   orde r to  reali z e th goal   of re du cing  telecommu nication  con s u m ption of  nod e .  More over, t h is  algorith m  con s ide r s the a r ea numb e r a nd teleco mm unication co st in the proce ss of nod e ro ute.  The cal c ulati on  of  tele co m m unication cost con s id er s  t w o f a ct or o f  st ren g t h  a n d  di st an ce,  w h ich  make s st ron ger directio n  to destination node in  time of send ing node d a ta. As a result,  comp ared wit h  RDS R and  ERIDSR alg o r ithm, the wh ole con s u m pt ion of I-ERIDSR algorith m  is   lower.          Figure 5. Co mpari s o n  of Network Co n s umptio n        4.2.3. Comparison of  Netw o r k Life   In ord e r to te st the  su rviving time  of ne twor k,  we m a ke  com p a r iso n  of n ode  de ath after  usin g three al gorithm s of n e twork to  ope rate 5 0  turn s.  As I-ERI D S R  alg o rithm  h a s n o t app ea red   death n ode i n  the first 2 5   turns, th e co mpari s o n  of  node  death  n u mbe r  in thre e algo rithm s   will  begin fro m  the twenty-sixt h turn. Experiment re sult  is se en at Fi gure 6, from  whi c h it can  be  see n  that after network o perate s  26 tu rns, we will u s e RDSR alg o rithm with m o re than 50 n ode  death numb e r s.  T he node  death numb e r   of  E R IDSR algor ith m  is a bout 3 0 , but i n  the  sam e  t u rn   the nod e d e a t h numb e of  I-ERIDS R  alg o rithm  wh i c h is  obvio usly smaller  th an RDSR,  E R IDS R   algorith m . Wi th the g r o w th  of ea ch    al gorithm’ s   op erating  turn,  the no de  de ath nu mbe r   of I- ERIDSR  algo rithm in  network in cre a ses slo w e r  t han   RDS R, ERIDSR alg o rithm.  This is  be ca use   the co nsu m p t ion of I-ERIDSR al gorith m  is  mo re b a lan c ed a n d  obviously le ss th an RDS R ,   Tur n Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                             ISSN: 16 93-6 930   TELKOM NIKA  Vol. 13, No . 4, Decem b e r  2015 :  121 4 – 1224   1222 ERIDSR al go rithm in the con d ition that  three algo rit h ms have th e same  com m on expe rim ent  para m eter. T herefo r e, the  death node  numbe r of this  algo rithm in netwo rk i s  less with lon ger  surviving time  of network.           Figure 6. Co mpari s o n  of death nod e nu mber      4.2.4. Comp arison of  Netw o r k Extens ion  In Figure 7  we will u s e the node  numbe r of three al go rith ms in netwo rk when  n=1 00,20 0,… 1000 a nd ma ke  comp ari s o n  of netwo rk  stren g th con s umption. Th e experim ent h a been  don e ten time s. Each  algo rith m ope rate 10 turns i n   every expe ri ment. We  m a ke  comp ari s o n  o f  the g ene ral   stren g th  co nsumed  in te n t u rn s. It i s  n o hard  to  se e from Fig u re 7  t he  whol e network strength  co nsum ption of  three al gor it hms ten d  to  increa se  with  the gro w th  of  node  num bers. And in  the  con d ition that  node  num be rs  are  the  sa me in n e two r k, the  con s u m ed   stren g th of I - ERIDS R  alg o rithm i s  ob vious ly lo wer than RDSR, ERIDSR al gorithm,  whi c h   indicates  th at  I-ERIDSR al gorithm network ha go od  extensio n. This al gorithm  fits for WS N of  large - scale n ode.           Figure 7. Net w ork st ren g th  con s umptio n  trend after n ode s are a d d e d     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  1693-6 930     Routin g Algorithm  Based on Area Di vi si on Mana gem ent of Node i n  Wirel e ss …   (Gao Wei )   1223 4.2.5. Comp arison of Lo ad Balan c e   In order to te st the  nod e l oad  bala n ce  of th re e al gorithms i n  n e twork,  we  will  compa r e   the stre ngth  varian ce of n ode in net wo rk in the  con d ition that three algo rithm s  have the sa me  comm on exp e rime nt pa ra meter. Th e a pproxim ate va lue of va ria n ce  is  ro und ed to fou r  d e c ima l   places. Every algorithm e x perime n t ha s be en do ne  50 turn s a n d  we  analyze  the varian ce  of  gene ral  stren g th of netwo rk con s umptio n on eve r turn of e a ch algorith m  na mely in 1-1 0 ,11- 20,…41 - 50 tu rn. Experime n t result is se en at T able 1  and we  can  see from the  data in Tabl e  1  by usi n g  RDSR al gorith m  the  co nsume d  st ren g th  of   node  in  every  network tu rn  varie s   be cau s of ra ndom  selectio n of  routing  nod e. As  re su lt , varian ce  value i s  l a rge r   while  ERI D SR  algorith m  has strong er di re ction in the p r oc ess of no de se nding d a ta to manag ement nod e or  databa se. Th erefo r e, com pare d  with  RDSR al go rith m, the con s u m ed st ren g th  in ea ch turn  of  netwo rk n o d e  will  be  rel a tively balan ced  with   sm all vari ance. Co mpa r ed   with the  first two   algorith m s, varian ce of I-ERIDSR al gori t hm has li ttle fluctuation. T h is is be ca use in the process  of using n ode  routing alg o rithm in this text,  the remai ned strength  of routing no de is con s ide r e d   whi c h will bal ance node lo ad and ma ke s nod e stre n g th  con s um ption in every turn of network  more stable.       Table 1. Co m pari s on of st rength varia n ce in three alg o rithm s     1-10  11-20   21-30   31-40   41-50   RDSR   0.3323  0.3533   0.0218   0.0313   0.0199   ERIDSR  0.1061  0.0022   0.0164   0.0002   0.0006   I-ERIDSR   0.0008  0.0019   0.0000   0.0000   0.0001       5. Conclusio n   For th e p r obl em ab out big   stren g th  con s umpti on  of ro uting alg o rith m, we  com e   up with  a   kind  of routin g alg o rithm I - ERIDSR ba sed o n   a r ea  d i vision m ana gement  nod e .  This  algo rit h con s i s ts of three  stag es:  setting net work, divi din g  are a  and  transfe rri ng  data. I-ERIDS R   algorithm will  divide network into  several  subareas   according to  subarea semi-di a meter. Later a  manag eme n t node  will be p r odu ce d in ev ery su barea.  In the process of node  sen d i ng data n ode   stren g th an d  telecomm un ication di sta n ce  a m on g node s a r e consi dered  which m a kes  the  algorith m  in this text have good p e rfo r m ance in t he whole. At last we ma ke  co mpari s o n  bet wee n   I-ERIDS R  al gorithm a nd  existing routi ng algo ri thm.  The re sult i ndicates the  node of routi n g   algorith m  ha s bala n ced l oad, whi c h fit s  for  WS N of  large - scal node. Thi s  al gorithm  red u c e s   node  stren g th  con s umptio n  and extend s t he netwo rk li fe at the sam e  time.      Ackn o w l e dg ements   This  wo rk wa sup porte by Hei  Lon gji ang n a tural scien c e fo und ation (QC201 3C0 67);   Tech nolo g Found ationof  Mu  Danjia n g  No rmal  University (Q G201 400 3);  Open  found a t ion   proje c t of  Hei Lon gjian g  Intelligen ce  edu cation  a nd info rmatio n engi nee rin g  key l abo ra tory  (SEIE2013-0 5 ).       Referen ces   [1]    Samra B, Mohammed B. A  Novel stren g th  Effici ent and Lifetime Ma xi mizatio n  Routi ng Protoco l   i n   Wireless Sens or Net w orks.  W i reless Pers o nal C o mmun ic ations . 20 13; 7 2 (2): 133 3-1 3 4 9 [2]    Radi  M, Dezfo u li B, Ab u B a k a r K & L ee M.  Multip ath ro uti ng i n   w i r e l e ss  sensor  net w o rk s: Surve y  a nd  researc h  chal le nges.  Jour na l of Sensors . 20 12; 12(1): 6 50– 685.   [3]    Liu Y, Xio ng, N, Z hao Y, Vasilakos AT , Ga o J  & Jia Y. Multi-la ye r clus tering ro utin g alg o rithm f o r   w i reless vehicular sens or net w o rks.  IET Com m u nications . 2 010; 4(7): 8 10– 816.   [4]    Marjan R, Be hnam D, Kam a lrul niz a m AB, et.al.  IM2PR: interferenc e- minimiz ed mul t ipath routi n g   protoco l  for  w i r e less se nsor n e t w o r ks.  Wireless Network . 2014; 20( 7): 180 7–1 82 3   [5]    Youn is O, F a hm y  S. He ed:  A h y br id, en erg y -effici ent, distrib u ted clu s tering a ppr oa ch for ad-h o c   sensor n e t w ork s IEEE  Transactions on Mobile Com p uting . 2 004; 3(4): 6 60- 669   Variance  A lgorithm  Turn   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.