T E L K O M N I K T elec o m m un ica t io n,  Co m pu t ing ,   E lect ro nics   a nd   Co ntr o l   Vo l.   19 ,   No .   3 J u n e   2 0 2 1 ,   p p .   705 ~ 7 1 5   I SS N:  1 6 9 3 - 6 9 3 0 ,   ac cr ed ited   First Gr ad b y   Kem en r is tek d i k ti,  Dec r ee   No : 2 1 /E/KPT /2 0 1 8   DOI : 1 0 . 1 2 9 2 8 /TE L KOM NI K A. v 1 9 i 3 . 1 8 3 5 4     705       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //jo u r n a l.u a d . a c. id /in d ex . p h p /TELK OM N I K A   O v erla pped  hiera rchica l clus ters r o uting pro toco for impro v ing   qua lity o serv ice       H a y der  F a k her  J a s s im 1 ,   M o ha m m ed  A.   T a wf ee q 2 ,   Sa wsa n M .   M a hm o ud 3   1 M u sta n siri y a h   Un iv e rsity ,   Co m p u ter Cen ter,  Ba g h d a d ,   Ira q   2,   3 Co m p u ter E n g in e e rin g   De p a rt m e n Co ll e g e   o E n g i n e e rin g ,   M u sta n siriy a h   U n iv e rsit y ,   Ba g h d a d ,   Ira q       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J u n   1 3   2 0 2 0   R ev is ed   Oct  1 5 ,   2 0 2 0   Acc ep ted   Oct  2 3 ,   2 0 2 0       Th e   ra p id   d e v e lo p m e n in   c o m m u n ica ti o n a n d   se n so rs  tec h n o l o g ies   m a k e   wire les se n so n e two r k ( WS Ns a e ss e n ti a k e y   i n   se v e ra a d v a n c e d   a p p li c a ti o n su c h   a in tern e o f   th in g (Io T).   T h e   in c re a sin g   d e m a n d o n   u sin g   WS Ns   re q u ire d   h ig h   q u a li ty   o se rv ice (Qo S b e c a u se   m o st  WS N a p p li c a ti o n h a v e   c rit ica re q u ire m e n ts.  Th is   wo rk   a ims   to   o ffe r   a   ro u t in g   p ro t o c o l   to   imp r o v e   th e   Q o S   in   WS Ns ,   tak in g   i n   c o n si d e ra ti o n   it a b il it y   to   p ro l o n g   th e   li fe ti m e   o t h e   n e tw o rk ,   o p t imiz e   th e   u ti li z a ti o n   o t h e   li m it e d   b a n d wi d th   a v a il a b le,  a n d   d e c re a se   th e   late n c y   th a a c c o m p a n ies   th e   p a c k e ts  tran sm it ted   t o   th e   g a tew a y .   Th e   p ro p o se d   p ro t o c o l   is  c a ll e d   o v e rlap p e d   h iera rc h ica c lu ste ro u ti n g   p ro t o c o (OH CRP ).   OH CRP   is co m p a re d   with   t h e   trad it io n a r o u ti n g   p ro t o c o ls   su c h   a S P EE D,   a n d   Tw o - h o p   v e l o c it y - b a se d   ro u ti n g   p r o to c o ( THVR ) .   T h e   r e su lt sh o t h a OH CRP   re d u c e la ten c y   e ffe c ti v e ly   a n d   a c h iev e   h ig h   e n e rg y   c o n se rv a ti o n ,   wh ic h   lea d   to   i n c re a se   th e   n e two rk   li fe ti m e   a n d   in su re   n e tw o rk   a v a i lab il it y .   K ey w o r d s :   Av er ag d elay   E n er g y   co n s u m p tio n   Qu ality   o f   s er v ice   R o u tin g   p r o t o co l   W ir eles s   s en s o r   n etwo r k   T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Sawsan   M.   Ma h m o u d   C o m p u ter   E n g in ee r in g   Dep ar t m en t,  C o lleg o f   E n g in ee r in g   Mu s tan s ir iy ah   Un iv er s ity   B ag h d ad ,   I r aq   E m ail:  sa wsan . m ah m o u d @ u o m u s tan s ir iy ah . ed u . i q       1.   I NT RO D UCT I O N     T h e   d ev elo p m en o f   tech n o lo g y   in   b o th   elec tr o n ics  an d   wir eless   n etwo r k s   f ield s   lead   to   d ev elo p   tin y   s en s o r   n o d es u s u ally   ca lled   m o tes,  s en s o r   n o d es ( SNs ) ,   o r   j u s t n o d es.  T h ese  n o d es c an   o p e r ate  co llab o r a tiv ely   to   ac co m p lis h   d if f er e n m is s i o n s   in   v ar iety   o f   f i eld s   ef f ic ien tly   [ 1 ] .   g r o u p   o f   s en s o r   n o d es  co o p er ate   to g eth er   f o r m in g   wh at  is   k n o wn   as  W SNs .   I n   g en er al  W S N s   co n s is o f   g r o u p   o f   SNs   th at  ar ab le  to   o b s er v e ,   p r o ce s s ,   co m m u n icate   with   ea ch   o th er ,   a n d   c o llab o r ativ ely   s en d   th eir   d ata  t o   th e   s in k   [ 2 ] .   SNs   ar co m p o s ed   o f   f o u r   m ain   u n its s en s in g   u n it,  p r o ce s s in g   u n it,  co m m u n i ca tio n   u n it,  an d   p o wer   u n it  [ 3 ] .   wir eless   s en s o r   n etwo r k s   ( W SNs )   h av f ea tu r es  th at  m ak e   th em   p r ef e r r ed   f o r   m a n y   a p p licatio n s ,   s u c h   as  ea s o f   in s tallatio n ,   lo co s o f   S N,   s elf - co n f i g u r atio n ,   a b ilit y   to   o p e r at in   h ar s h   o r   in ac ce s s ib le  en v i r o n m e n t,  an d   d etec tio n   o f   s m allest  d etails.  B ec au s o f   t h ese  f ea tu r es,   W SNs   u tili za ti o n   e x ten d ed   to   co v er   m o s o f   th v ital  f ield s   s u c h   as a g r i cu ltu r e,   h ea lth   ca r e,   e n v ir o n m en t m o n ito r i n g ,   a n d   m ili tar y   to   n am e   ju s t f ew  [ 2 ,   4 ] .   T h m o tiv atio n   b e h in d   o f f er in g   r o u tin g   p r o t o co is   to   o v er co m th is s u o f   th in cr ea s in g   d em an d s   o n   em p l o y in g   W SNs   esp ec ially   in   in ter n et  o f   th in g s   ( I o T )   ap p licatio n s   t h at  b o o s th n ec ess ity   f o r   h ig h   q u ality   o f   s er v ices.   Alth o u g h   t h eir   p r ef e r r ed   f ea t u r es,  W SN s   u n iq u ch ar ac ter is tics   im p o s n ew   ch allen g es f o r   s u p p o r tin g   q u al it y   o f   s er v ices  ( Qo S )   as p r esen ted   b elo [ 5 - 7 ] :   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0   T E L KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E l Co n tr o l Vo l.  19 ,   No .   3 J u n e   2 0 2 1 :    7 0 5   -   7 1 5   706     Sev er r eso u r ce   c o n s tr ain ts n o d es  in   W SNs   o p er ate   with   lim ited   r eso u r ce s ,   s u ch   as  e n er g y ,   m em o r y ,   b u f f er   s ize,   tr an s m is s io n   p o wer ,   an d   p r o ce s s in g   ca p ab il ity .   T h m o s im p o r ta n is s u o f   r eso u r ce   lim itatio n   is   th n o d en er g y .   So   en er g y   co n s er v atio n   m u s b tak en   in to   ac co u n wh e n   ap p ly in g   an y   m ec h an is m   o r   p r o to c o l in   W SNs .     Un b alan ce d   t r af f ic:  u n b alan ce d   tr af f ic   ca u s ed   b y   th e   f lo o f   in f o r m atio n   tr av el  f r o m   la r g n u m b er   o f   no d es to war d   a   s m all  s et  o f   n o d es.      Data   r ed u n d a n cy in   W SNs   t h er is   h ig h   p r o b ab ilit y   th at   n eig h b o r   n o d es  d etec th e   s am in f o r m at io n ,   an d   th at  lead s   to   a   lo o f   d ata   r ed u n d an cy .   Data   ag g r eg atio n   o r   d ata  f u s io n   is   a   g o o d   s o lu tio n   to   p r ev en t   r ed u n d an cy   b u t   it a d d ed   laten c y   an d   c o m p lex ity .     Netwo r k   d y n a m ics:   wir eless   lin k   f ailu r e,   n o d f ailu r e,   n o d m o b ilit y ,   an d   p o wer   m a n ag em en m a k W SN s   h av h i g h   d y n am ic  n etwo r k ,   a n d   t h is   ca n   ad d   co m p lex ity   f o r   s u p p o r tin g   q u ality   o f   s er v ices   ( Qo S ) .     E n er g y   b alan ce to   m ak e   s u r th at  th n etw o r k   o p er ates  f o r   lo n g   tim e,   d ata  tr af f ic  m u s b ev e n ly   d is tr ib u ted   th r o u g h   th n etwo r k   to   av o id   en er g y   d r a in ed   in   s o m n o d es f aster .     Scalab ilit y m an y   ap p licatio n s   r eq u ir lar g n u m b e r   o f   S Ns  to   b d ep lo y ed   in   th in ter ested   ar ea .   W SN s   co n s is o f   h u n d r ed s   o r   ev en   th o u s an d s   o f   SNs ,   th e   Qo S   s u p p o r m u s b e   ap p lica b le  f o r   th ese   lar g e   n etwo r k s ,   an d   it sh o u ld   b n e v er   d eg r a d ed   wh e n   th n etwo r k   s ca le  u p .     Pack et  cr iticality Qo s u p p o r m u s b ab l to   d if f er e n tiate  b etwe en   p ac k ets  ac co r d i n g   th eir   co n ten ts   an p r o v id e   p r io r ity   s tr u ctu r e.   So   an y   Qo S m ec h a n is m   m u s tak in to   ac co u n t th ese  ch allen g es to   b s u itab le  f o r   W SNs .     I n   th is   p ap er ,   o v e r lap p ed   h ier ar ch ical  clu s ter   r o u tin g   p r o to c o ( OHCR P )   i s   p r o p o s ed   to   im p r o v e   th e   Qo in   W SN s   tak in g   in   co n s id e r atio n   its   ab ilit y   to   p r o lo n g   th life tim o f   th n et wo r k ,   o p t im ize  th e   u tili za tio n   o f   th lim ited   b a n d wid th   av ailab le,   an d   d ec r ea s th laten cy   th at  ac co m p an ies  th p ac k ets  tr an s m itted   to   th g atew ay .   T h r em ain d er   o f   th is   p ap er   is   o r g an ized   as  f o llo ws.  S e ctio n   2   p r esen ts   an   o v er v iew   o f   r elate d   wo r k s s e ctio n   3   d esc r ib es  t h s u g g ested   r o u tin g   p r o to co l.   T h e   o b tain ed   r esu lts   co n tain ed   in   s ec tio n   4 ,   wh ile  th c o n clu s io n   is   in tr o d u ce d   in   s ec tio n   5 .       2.   RE L AT E WO RK S   E x ten d in g   W SNs   ap p licatio n s   im p o s es  ex tr a   cr it icality   o n   t h r eq u ir em en ts   n ee d   t o   b e   m et  b y   th e   n etwo r k s ,   s o   p r o to co ls   an d   al g o r ith m s   m u s tak i n to   ac c o u n ts   th ese  r e q u ir em en ts   d u r i n g   th e   o p e r atio n .   I n   th is   s ec tio n ,   s o m o f   t h r elate d   r o u tin g   p r o to co ls   th at   f o cu s   o n   e n d - to - en d   d elay   an d   en e r g y   co n s er v atio n   ar e   p r esen ted .   Fo r   e x am p le,   i n   [ 8 ]   s o f r ea tim g u a r an tees  r o u tin g   p r o to co ca lled   SP E E i s   p r o p o s ed .   I n   th a t   wo r k ,   ea c h   n o d e   in   t h n etwo r k   co llect  th e   g e o g r ap h ic  p o s itio n   an d   th I D   o f   its   n eig h b o r s   u s in g   h ello   co n t r o l   m ess ag e.   W h en   n o d h as   p ac k et  to   s en d   with   a   s p ec if ic   d ea d lin e,   th n o d e   f ir s ex t r a ct  th s et  o f   n o d es   th at  ca n   m et  th e   f o r war d in g   d ea d lin e   tim e   an d   th e n   s elec th o n t h at  h as   th h ig h es r elay   s p ee d .   T h e   p r o to co l   h as  p r o p o s ed   th r ee   ty p es  o f   r ea l - tim co m m u n icatio n   s er v ice s   f o r   a d   h o n etwo r k s u n icast,     ar ea - m u lticast   an d   ar ea - an y ca s t.  T h d ata  p ac k et  in   SP E E D   co n tain s   m ajo r   f ield   th at  d eter m in wh ich   ty p e   o f   co m m u n icatio n   s er v ices  to   b u s ed .   Mu lti - p ath   a n d   m u lti - SP E E r o u tin g   p r o to c o ( MM SP E E D)   is   p r o p o s ed   in   [ 9 ] .   T h s am cr iter io n   p r o p o s ed   in   [ 8 ]   is   u s ed   to   s elec th n ex t - hop  n o d e .   T h p r o to c o also   p r o v id es  m u lti - p at h   an d   m u lt i - s p ee d   m ec h an is m .   Usi n g   MM SP E E D,   R e liab ilit y   is   g u ar an teed   b y   s elec tin g   th lin k   with   h ig h est  p ac k et  d eliv er y   r atio   wh ile  tim elin es s   is   m et  b y   s elec tin g   t h lin k   th at  h as  r el y   s p ee d   g r ea ter   th an   th r eq u ir ed   s p ee d   f o r   p ac k et  d eliv er y .     T wo - h o p   v elo city   b ased   r o u ti n g   p r o to co ( T HVR)  with   en er g y   b aln ci n g   m ec h an is m   is   d ev elo p e d     in   [ 1 0 ] .   I n   th eir   m ajo r   s tu d y ,   th in f o r m atio n   o f   two   h o p s   n eig h b o r s   is   co llected   to   d eter m in th n ex t - h o p   n eig h b o r   with   th o p tim u m   l in k   in   th d ir ec tio n   o f   th d e s tin atio n   th at  p r o v i d t h r e q u ir ed   v elo city   an d   h en ce in cr ea s in g   th o p p o r tu n ity   o f   m ee tin g   th d ea d lin tim o f   th tr an s m itted   p ac k e ts .   T h p r o to co is   b ase d   o n   th r ee   p h ases p ac k et  f o r war d in g ,   p ac k et  d ela y   b etwe en   s en d er   n o d es  an d   its   f o r w ar d er ,   an d   v elo cit y   ca r d r o p   c o n tr o ac tio n .   T H VR   also   p r o v id es  p ac k ets  d r o p   s tr ateg y   th at  d ep e n d s   o n   th p o s itio n   o f   th e   f o r war d in g   n o d es to   m ain tain   p ac k et  d ea d lin e   with   lo m is s   r atio .     I n   ad d itio n ,   Heik alab ad   et   a l.   in   [ 1 1 ]   d esig n ed   Q o an d   en e r g y   awa r e   m u lti - p ath   r o u tin g   alg o r ith m   ( QE M PAR )   wh ich   is   m u lti p ath   r o u tin g   p r o to co f o r   r ea l - tim ap p licatio n s .   I n   th is   p r o t o co l,  wh en   n o d es   h as  p ac k et  to   s en d ,   it  f ir s d i v id it  in to   s m all  p ac k ets  with   s eq u en ce   n u m b e r ,   th e n   s en d in g   p ac k et  with   a   s eq u en ce   n u m b er   1   u s in g   th p ath   with   m in im u m   h o p s - co u n t,  th s ec o n d   p ac k et  u s in g   th e   p ath   h as th s ec o n d   m in im u m   h o p - co u n an d   s o   o n .   T h a u th o r s   i n   [ 1 2 ]   p r o p o s e d   r ea l - tim lin k - r eliab ilit y   r o u tin g   ( R T L R R )   p r o to co l.  T h p r o to c o l a ls o   d ep en d s   o n   th in f o r m atio n   co lle cted   o f   two   h o p s   n eig h b o r s   to   s e lect  th n ex t - h o p   f o r war d in g   n o d e .   B ea co n   m ess ag p er io d ically   ex ch an g e d   b etwe en   n eig h b o r   n o d es,  th en   ac co r d in g   to   th e   in f o r m atio n   co lle cted   b y   th ese  m ess ag es  th lin k   r eliab ilit y   an d   d elay   o f   ea ch   lin k   is   esti m ated ,   wh ich   in   tu r n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E l Co n tr o l         Ove r la p p ed   h iera r ch ica l c lu s t ers   r o u tin g   p r o to co l fo r   imp r o vi n g   q u a lity o f ser vice   ( Ha yd e r   F a kh er J a s s im )   707   ca n   b u s ed   as  cr iter ia  f o r   s elec tin g   th n ex t - h o p   f o r wa r d in g   n o d e.   Alg h am d [ 1 3 ]   s u g g ested   r o u t e   o p tim izatio n   tech n i q u in   m u l ti - h o p   W SNs   to   im p r o v Qo S   b y   g i v i n g   r a n k   to   all  p o s s ib le  r o u tes  b ased   o n   s o m n etwo r k   p ar am ete r s   as  well  as  th b an d wid th .   Sam ar an d   Aljaid [ 1 4 ]   p r o p o s ed   e n er g y - awa r e,   least   co s t,  q u ality   o f   s er v ice  r o u tin g   p r o to c o ( E C QSR ) .   T h p r o to co is   b ased   in   it  wo r k   o n   d eter m in in g   s h o r test   p ath   u s in g   n ea r est n eig h b o r   al g o r ith m   in   o r d er   to   in c r ea s th W SN lif etim e.     Oth er   r esear ch er s   d e v elo p   r o u tin g   p r o to co b ased   o n   clu s ter in g   m eth o d s .   Fo r   in s tan ce ,     Z ah m ati  et  a l.   in   [ 1 5 ]   in tr o d u ce d   en er g y   e f f icien p r o to c o with   s tatic  clu s ter in g   ( E E PS C )   an d   its   en h an ce d   v er s io n   E 3 PS C   p r o p o s ed   b y   C h au r asiy a   et  a l.   [ 1 6 ] ,   th ese  t wo   p r o to co ls   ar e   clu s ter in g   b a s ed   r o u tin g   p r o to c o l   th at  d iv id es  th n etwo r k   i n t o   g r o u p s   o f   s tatic  clu s ter s   to   co v er   th en tire   n etwo r k   wh er clu s ter   h ea d s   p er io d ically   ch a n g d e p en d i n g   o n   th r em ain in g   en er g y   o f   th m em b er   n o d es.  Z h a n g   et   a l.   [ 1 7 ]   d ev elo p ed   a   clu s ter   s leep - wak s ch ed u lin g   alg o r ith m   to   co n tr o u n d er wa ter   s en s o r   n etwo r k s   b ased   o n   s elec tin g   th n o d e   with   h ig h est  en e r g y   as  th e   wo r k in g   n o d e,   wh ile   th r em ain in g   n o d es  s ta y   i n   th e   s leep   m o d e.   Aziz a n d   B ag h d ad   in   [ 1 8 ]   in tr o d u ce d   a n   ap p r o ac h   c o m b in es  d ata  ag g r i g atio n   with   T DM tech n iq u u s in g   s p ir al - b ased   clu s ter in g   to   im p r o v co n n ec tiv ity ,   in cr ea s b an d wid th ,   an d   p r ev e n co llis io n s   d u to   in ter - clu s ter .     Sin g h   in   [ 1 9 ]   s u g g e s ted   m u ltio b jectiv clu s ter in g   s tr a teg y   b ased   h y b r i d   clu s ter ed   r o u tin g   p r o to co l   t o   in h an ce   en er g y   r eser v atio n ,   t h r o u g h p u t,  life tim e,   an d   d ec r ea s in g   p ac k ets  d elay .   r ea l - tim lin k - r eliab ilit y   r o u tin g   p r o t o co is   p r o p o s ed   i n   [2 ] .   T h p r o to c o is   b ased   o n   u s in g   th i n f o r m atio n   o f   tw o   h o p s   n eig h b o r s   to   co m p u te  th e   r eliab ilit y   an d   t h tr an s m is s io n   d elay   o f   lin k s   wh er n o d is   co n n ec ted   with   its   s in g le - h o p   n eig h b o r s .   I n   ad d itio n ,   j o in r o u tin g   a n d   MA C   p r o to co ( j o in r o u tin g   an d   MA C   ( JRM ) )   ar s u g g ested   b y   th e   au th o r s   in   [ 20 ] .   J R M,   n etwo r k   s tate  in f o r m atio n   is   ap p r o v e d   b y   u s in g   th c o n tr o p ac k ets  th at  lead   to   r ed u c e   en er g y   c o n s u m p ti o n   an d   co n tr o l o v er h ea d .     T h au th o r s   in   [ 21 ]   d ev el o p e d   clu s ter in g   r o u tin g   alg o r it h m   to   d ec r ea s en er g y   c o n s u m p tio n   a n d   p r o lo n g   th n etwo r k   life tim e.   T h p r o p o s ed   alg o r ith m   is   b ased   o n   lo w - en er g y   ad a p tiv clu s ter in g   h ier ar ch y .     I n   th at  wo r k ,   th au th o r s   g iv e   m o d if icatio n   o f   elec tin g   th clu s ter   h ea d ( C H s )   wh ich   is   co n s id er ed   f ar   f r o m   th B b ec au s th es n o d es  n ee d   m o r e   tr an s m is s io n   p o wer   f o r   f o r war d i n g   p ac k ets  to   th b ase  s tatio n   ( BS ) .   Als o ,   in   [ 22 ]   an   e n er g y - ef f icien Qo S - awa r an d   h et er o g en e o u s ly   clu s ter ed   r o u tin g   p r o to c o f o r   b o th   r ea l - tim an d   non - r ea l - tim ap p licatio n   is   p r o p o s ed .   I n   th i s   p r o to co l,  th h eter o g e n eo u s   n o d es  d iv id ed   in t o   f o u r   d if f e r en t   en er g y   le v els  a cc o r d i n g   to   th n o d es  r esid u a en er g y .   Kim   et  a l.   [ 23 ]   p r o p o s e   h eter o g en e o u s   r ein f o r ce d   b ar r ier   ( Hete R B ar ) ,   wh er e   b u il d in g   in d e p en d e n p ath s   f o r   m u ltip le  B Ss   ( lo ca te d   at  ea c h   c o r n e r   o f   r eg io n   o f   in ter est  ( R OI ) )   is   d o n b y   cr ea tin g   b ase - g r ap h   d e p en d in g   o n   t h s en s in g   a n d   co m m u n icatio n   r an g e   o f   r an d o m ly   d is tr ib u ted   n o d e s .   I n   th is   p ap er ,   we  attem p t o   im p lem en a n   o v er lap p e d   h ier ar ch ical  clu s ter s   r o u tin g   p r o t o co l w h er t h clu s ter s   ar h ier ar ch ically   b u ilt to   im p r o v e   th Qo S in   W SN.       3.   O VE RL AP P E H I E RAR C H I CAL C L US T E RS R O U T I NG   P RO T O CO L   I n   th is   s ec ti o n ,   th e   p r o p o s ed   OHC R is   ex p lain ed   i n   d etail.   I n   OHCR P,  o v er lap p e d   h o r i zo n tal  an d   v er tical  clu s ter s   ar e   h ier ar c h ically   b u ilt  s tar tin g   f r o m   th b ase - s tatio n   ( B S)  to   t h e d g n o d es.  L ev el  1   o f   th es e   o v er lap p e d   clu s ter s   co m p r is es   th B an d   all  its   clo s est  n ei g h b o r s .   W h en   B n eig h b o r s   e n g ag ed   with   B in   lev el  1 ,   ea ch   n o d e   will  tr y   to   f in d   p a r tn er   b eg in   with   th e   n ea r est  o n e.   Af ter   e ac h   n o d s elec its   p ar tn er   ( if   p o s s ib le) ,   th p ar tn er   n o d es  o f f er   lin k   to   th eir   s h ar ed   n eig h b o r s   ( ch ild r e n   n o d es)  th at  ca n n o t   ac ce s s   th B S   d ir ec tly   lead in g   to   b u ild   lev el  2   o f   t h o v er lap p e d   h ier ar ch ical  clu s ter s   ( v er tical  o v er lap p ed   cl u s ter s ) .   C h ild r en   n o d es  ac ce p all  p o s s ib le  lin k s   to   th B f o r m in g   h o r izo n tal  o v e r la p p ed   clu s ter s .   T h ese  v er tical  a n d   h o r izo n tal   o v e r lap p ed   clu s ter s   co m p lete   lev el  2   o f   th e   h ier a r ch ical  clu s ter s .   T h e   p r o ce d u r e   o f   b u ild i n g   le v el  2   is   also   f o llo wed   b y   th c h ild r en   n o d es  to   b u ild   lev el  3 ,   th e n   th p r o ce s s   o f   b u ild i n g   o v er lap p ed   h ier a r ch ic al   clu s ter s   co n tin u es u n til r ea ch   t h ed g n o d es.    OHC R s tr u c tu r is   s h o wn   i n   Fig u r e   1   wh ile  Fig u r e   2   s h o ws  s am p le  o f   r elatio n s h ip   b etwe en   its   n o d es.  Fo r   ea ch   in d iv id u al   clu s ter s ,   two   o f   th e   n o d es  ( p a r t n er   n o d es)   tak th e   r esp o n s ib ilit y   o f   m ain tain in g   th e   av ailab ilit y   o f   th lin k   p e r io d i ca lly .   T wo   n o d es  ( p a r tn e r   n o d es)  ar r esp o n s ib le  f o r   m ain tain in g   s in g le  lin k ,   s o ,   t h d u ty   c y cle  o f   m ai n tain in g   th e   lin k   is   d iv id ed   b et wee n   th ese  p ar tn er   n o d es,  a n d   h en ce ; o n ly   o n e   o f   th em   is   n ee d ed   to   b ac tiv at  s p ec if ic  tim e,   wh ich   ca n   ef f ec tiv ely   r ed u ce   en e r g y   c o n s u m p tio n   o f   th n o d es  d u r in g   th o p er atio n   o f   th n et wo r k .   B u ild in g   th o v e r lap p e d   clu s ter s   to war d   th B S   an d   s e lectin g   th p ar tn er   n o d es  b e g in   with   t h n ea r est  n eig h b o r   at  f ir s ca n   g u ar an te th p r o v id i n g   ac ce s s   to   t h B with   m in im u m   po s s ib le  h o p s   to   m o s o f   th n o d es  in   th e   n etwo r k   wh ich   ca n   r ed u ce   th t r an s m is s io n   d ela y   o f   th tr a n s m itted   p ac k ets ef f ec tiv ely .   OHC R ex p lo its   th p ar tn er s h ip   b etwe en   n o d es  to   r ed u c th n u m b er   o f   r e q u ir ed   tr a n s m is s io n   p ac k ets  th r o u g h   th n etwo r k   wh er ea c h   s leep in g   p a r tn e r   ca ch its   d ata  in   its   ac tiv p ar tn er   to   av o id   p er io d ically   wak e - u p   d u r in g   s leep   m o d e.   At   f ir s t,  th e   ac tiv e   n o d s en d s   two   p ac k ets  ( o n e   f o r   ea ch   p a r tn er ) ,   af ter   th at,   if   th er is   n o   ch an g in   th in f o r m ati o n ,   th is   ac tiv p ar tn er   will  o n ly   s en d   o n c o n f o r m atio n   p ac k et   to   co n f o r m   th p r ev io u s .   T h e   ac tiv n o d es  will  co n tin u r ed u cin g   th e   n u m b er   o f   tr an s m is s io n   p ac k ets  b y   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0   T E L KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E l Co n tr o l Vo l.  19 ,   No .   3 J u n e   2 0 2 1 :    7 0 5   -   7 1 5   708   u s in g   co n f o r m atio n   p ac k ets   as  lo n g   as  n o   ch a n g e   in   th p r ev io u s   d ata  ( p ar tn e r s   d ata) .   So   en er g y   co n s u m p tio n   ca n   b m in im iz e d   in   two   wa y s ,   f ir s tly   b y   le ttin g   ap p r o x im ately   o n ly   h al f   o f   th n o d es  ac tiv a t   s p ec if ic  tim e,   an d   s ec o n d ly ,   b y   r ed u ci n g   th n u m b er   o f   tr an s m is s io n   p ac k ets u s in g   co n f o r m atio n   p ac k ets.             Fig u r 1 .   OHCR P st r u ctu r e     Fi g u r 2 .   Sam p le  o f   r elatio n s h ip s   a m o n g   n o d es u s in g   OHC R P a lg o r it hm       3 . 1 .     Desig n a s s um ptio ns   T h f o llo win g   ass u m p tio n   is   c o n s id er ed   in   OHCR P :     Netwo r k   n o d es k n o th ei r   p o s itio n s   u s in g   s o m lo ca tio n   esti m atio n   tech n iq u es.     E ac h   n o d k n o ws th p o s itio n   o f   th e   B S.     All n o d es in   th n etwo r k   ar e   s tatic.     No d es a r h o m o g en e o u s .     E ac h   n o d in   th n etwo r k   h as  its   id en tific atio n   I D     T h n o d es r an d o m ly   d e p lo y e d   th r o u g h   th i n ter ested   f ield .     3 . 2   O pera t io n o f   O H CRP   pro t o co   OHC R o p er ates  in   two   d is tin ct  p h ases co n f ig u r atio n   p h ase ,   an d   d ata   f o r war d in g   p h ase .   T h e   r esp o n s ib ilit y   o f   th f ir s p h as f o cu s es  o n   th e   d ef in itio n   o f   th n etwo r k   a n d   th r elate d   l in k s   in   a d d itio n   t o   th ch an g es  th at  o cc u r   to   it.  As  f o r   th s ec o n d   p h ase  o f   d ata  f o r war d in g ,   th e   n ex n o d e   will  b d et er m in ed   th r o u g h   wh ich   th d ata  wi ll  b s en ac co r d in g   to   ce r tai n   co n d itio n s   an d   ca lcu latio n s .   T h e   d etails  o f   th ese   two   p h ases   ar ex p lain ed   in   th f o l lo win g   two   s u b s ec tio n s :     3 . 2 . 1 .   Co nfig ura t io n pha s e   I n   th is   p h ase,   n eig h b o r s   d is c o v er y ,   p a r tn er   ass o ciatio n ,   li n k   o f f er in g ,   h o p   co u n ts ,   lin k   d elay   an d   s p ee d   ca lcu latio n ,   ad d in g   n e n o d es,  an d   n etwo r k   r ec o v er y   ( in   ca s o f   n o d es  f ailu r e )   ar ac h iev ed .   T h alg o r ith m   b e g in   b y   n eig h b o r s   d is co v er y ,   let  ass u m th at  n o d es  an d   ar n eig h b o r   n o d es.  No d s en d   HE L L co n tr o p ac k et  wh ich   co n tain   n o d e   I D,   n o d p o s itio n ,   en er g y   lev el,   an d   p ac k et  ty p e.   W h en   n o d j   r ec eiv Hello   p ac k et,   it  will  r esp o n d   with   AC p ac k et  wh ich   also   co n tain   n o d I D,   n o d p o s itio n ,   en er g y   lev el,   an d   p ac k et  ty p e .   I n   th is   way ,   n o d e   will  k n o t h at  n o d j   is   o n e   o f   its   n eig h b o r s   a n d   th e   s am is   tr u e   f o r   n o d e   j.  H o p   c o u n ts   an d   p a r tn er   ass o ciatio n   ar in te r leav ed   with   ea ch   o th er .   T h B s en d   HOPS_ T O_ B S   co n tr o p ac k et  to   its   n eig h b o r s .   E ac h   n o d r ec eiv HOPS_ T O_ B co n tr o p ac k et,   an d   a f ter   waitin g   s h o r t   tim e,   it  will  s ee k   f o r   p a r t n e r ,   th en   a f ter   g ettin g   p a r tn er   it  will  o f f er   lin k   to   s h ar ed   n o d es  ( n o d es  th at  a r n eig h b o r s   f o r   b o th   p ar tn er   n o d es)  b y   s en d in g   HOPS_ T O_ B S   p ac k et  co n tai n s   two   p ar tn er   n o d es I D.   Ho wev er ,   ev en   wh e n   a   n o d f ails   to   f in d   p ar tn er ,   it  also   o f f e r   lin k   to   th c h ild r en   n o d es,  to   in cr ea s th n u m b er   o f   lin k s   av ailab le  f o r   n etwo r k   n o d es.  Nu m b er   o f   h o p s   to   g et  th B eq u als  1   in   th ca s o f   B n eig h b o r s   an d   t h n u m b er   i n cr ea s es a s   n ew  o v er lap p ed   clu s ter s   lev el  b u ilt.  W h en   th b u il d in g   o f   o v er lap p ed   clu s ter s   is   f i n is h ed ,   ea ch   n o d ca lcu lates l in k   d ela y   an d   r elay   s p ee d   f o r   ea c h   lin k .   L in k   d ela y   is   ca lcu lated   b y :     L in k _ d ela y j i   = ro u n d   tr ip   time /2               ( 1 )            = ( Dela y Mac   + D ela y queue   + D ela y trans   + D ela y prop )   *   c i   j         wh er e :   Lin k _ d ela y j i :   L in k   d elay   b etwe en   n o d e   i a n d   n o d j   Dela y Mac :   C h an n el  ac ce s s   d elay   Dela y queue :   Qu eu in g   d elay   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E l Co n tr o l         Ove r la p p ed   h iera r ch ica l c lu s t ers   r o u tin g   p r o to co l fo r   imp r o vi n g   q u a lity o f ser vice   ( Ha yd e r   F a kh er J a s s im )   709   Dela y trans T r an s m is s io n   d elay   Dela y prop :   Pro p ag atio n   d elay   c i   j :   T r an s m is s io n   co u n t   Dela y   ca u s ed   b y   ch an n e a cc ess   an d   q u eu e   d ep e n d s   o n   n o d es  an d   n etwo r k   s tate  wh ich   is   u n p r e d ictab le ,   s o   o n ly   tr an s m i s s io n   d elay   an d   p r o p ag atin g   d elay   ar u tili ze d   f o r   lin k   d elay   ca lcu latio n .     Lin k_ d ela y j i   Dela y TX   + D ela y prop     Af ter   ca lcu latin g   th e   lin k   d ela y   f o r   ea c h   n o d e   in   t h e   n etwo r k ,   th e   n o d es  ca lcu late  th e   r ela y   s p ee d   f o r   ea c h   lin k   of f er ed   b y   u p p er - lev el  n o d es ( p ar en t n o d es)  b y   [ 8 ] :     S j   = | d i     d j / Lin k_ d el a y j i                 ( 2 )     wh er e ;   d i : D is tan ce   f r o m   n o d i to   th e   b ase - s tatio n .   d j : D is tan ce   f r o m   n o d j to   th e   b ase - s tatio n .   T h r o u tin g   tab le  is   co m p leted   wh en   th r elay   s p ee d   is   ca lcu late d   wh ich   co n t ain s p ar en n o d es  I Ds,   p o s itio n s   o f   th e   p ar e n ts ,   lin k   d elay ,   r elay   s p ee d ,   an d   en er g y   lev el  as  s h o w n   in   T a b le  1 .   Acc o r d in g   t o   th e   ch ar ac ter is tics   o f   SN,  n o d e   f ailu r is   ex p ec ta b le;   eith er   b ec au s o f   h ar d wa r f ailu r o r   en er g y   d ep letio n .   W SN s   m u s b ab le  t o   d ea w ith   s u ch   is s u to   in s u r e   ce aseless   s er v ice.   I n   OHCR P,  wh en   n o d f ails ,   th en   th p ar tn e r   n o d ta k th e   r esp o n s ib ilit y   o f   m ak in g   lin k   u p .   T h wo r s ca s wh e n   b o th   p a r tn er   f ail,   i n   th is   ca s e,   th ch ild r en   n o d es m u s t h av u p d ated   in f o r m at io n   ab o u t th e   s tate  o f   th lin k ,   s o   ac tiv n o d m u s t p er io d ically   s en d   b ea co n   m ess ag as  in d icatio n   o f   lin k   s tate.   W h en   n ew  n o d es  d ep lo y ed   th r o u g h   th f ield ,   th ey   f ir s t   ch ec k   th eir   n eig h b o r s ,   th en   f i n d   th m in im u m   h o p s   th ey   n e ed   to   g et  th B S,  af ter   th at ,   th n o d es  tr y   to   f in d   p ar tn er s ,   th en   o f f e r   lin k s   to   d o wn   lev el  n o d es ( ch ild r en   n o d e s ) .         T ab le  1 .   R o u tin g   tab le  o f   s en s o r   n o d e     N o d e   I D   P o si t i o n   Li n k   d e l a y   R e l a y   s p e e d   A c t i v i t y   st a t e   En e r g y   l e v e l   P a r e n t _ 1   -   -   -   -   ON   -   -   -   -   -   O F F   -   P a r e n t _ 2   -   -   -   -   O F F   -   -   -   -   -   ON   -           P a r e n t _ n   -   -   -   -   ON   -   -   -   -   -   O F F   -       3 . 2 . 2 .     Da t a   f o rwa rding   ph a s e   T h p r o ce d u r u s ed   to   s elec th ap p r o p r iate  n o d as  n ex f o r war d in g   n o d d ep en d s   o n   two   c o n d itio n s : I f   th ap p licatio n   h as p ac k ets with   d ea d lin e,   th en   th r elay in g   s p ee d   b etwe en   t h n o d an d   its   n ex t   f o r war d in g   n o d m u s b eq u al  o r   g r ea ter   th an   th r e q u ir ed   s p ee d   th at  m ee ts   th d ea d lin o f   p ac k et  d eliv er y .   On   th o th er   h an d ,   if   n o   d ea d lin ex is ts ,   th ch o o s in g   o f   th ap p r o p r iate  lin k   d ep en d s   o n   r elay in g   s p ee d   an d   th e   r em ain in g   en er g y   o f   th n o d es.  Fro m   lis o f   th ca n d id ate  n o d es,  th n o d with   m ax im u m   r em ain in g   en er g y   lev el  is   s elec ted .   So ,   i f   n o d h as  Ni  n ex t - h o p   n ei g h b o r s ,   th n ex t - h o p   n o d e   will  b th n o d e   with   h ig h est SE  ( f o r war d in g   s p ee d   an d   r em ain i n g   en e r g y )   wh er SE  ca n   b ca lcu lated   b y :               ( 3 )     wh er e :   C w : w eig h tin g   f ac to r   E j : Rem ain in g   en er g y   f o r   n o d j   s ta te j : a ctiv ity   s tatu s   o f   n o d ( wak e - u p   =   1 ,   s leep   0 )   S i : sp ee d   o f   lin k   b etwe en   n o d an d   n o d j   Settin g   th weig h tin g   f ac to r   C w   is   u p   to   th ap p licatio n s ,   wh er as  it  in cr ea s es,  m o r r ed u ctio n   in   d elay   is   ac h iev ed ,   wh ile  m o r lo ad   b alan ce   is   ac h iev ed   as  th weig h tin g   f ac to r   d ec r ea s es.  Par tn er   n o d es   p er io d ically   tak t h r esp o n s ib ilit y   o f   m ak i n g   th lin k   u p .   T h f ac to r   t h at  d eter m in t h p er io d   f o r   ea c h   n o d is   th r em ain in g   e n er g y   as illu s tr ated   in   th f o llo win g   f o r m u l a.                   ( 4 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0   T E L KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E l Co n tr o l Vo l.  19 ,   No .   3 J u n e   2 0 2 1 :    7 0 5   -   7 1 5   710                 ( 5 )     wh er e :   τ 1   an d   τ 2   ar th e   ac tiv ity   p er i o d   o f   p ar tn er   1   an d   p ar t n er   2   r e s p ec tiv ely       an d     ar th r em ai n in g   e n er g y   lev els o f   p ar tn e r   1   a n d   p ar tn er   2   r esp ec tiv ely   T :   s p ec if ic  wh o le  p er io d   ϵ:   litt le  ex tr tim to   en s u r u n b r o k e n   lin k     3 . 3 .    Act i v it y   ro le   ex cha ng e   W h en   n o d g o   f r o m   s leep   m o d to   ac tiv m o d e   it  m u s b r o ad ca s AC T I VI T Y_ ON  co n tr o p ac k et   to   in f o r m   th ch ild r en   n o d es  t h at  it  is   n o tu r n   t o   th ac tiv e   m o d e,   wh ile  its   p ar t n er   g o   to   s leep   m o d e.   W h en   ch ild r en   n o d es  r ec eiv th AC T I VI T Y_ ON  co n tr o p ac k et  t h ey   to g g le  th n o d ac tiv ity   s tate  f o r   th eir   p ar en ts   f r o m   o n   to   o f f   an d   v ice  v er s a .   Sh ar in g   th r esp o n s ib ilit y   o f   th lin k   b etwe en   p a r tn er   n o d es  r ep r esen ts   m ain   f ac to r   in   e n er g y   co n s er v atio n   an d   lo ad   b alan ce   am o n g   all  th n o d es  esp ec iall y   f o r   t h n o d es  n ea r   th B th at   co n n ec th e   f ar   n o d es  with   th g atew ay   b ec a u s o f   th h ea v y   lo a d   th ey   d ea with ,   an d   a s   co n s eq u e n ce ,   an   ef f ec tiv p r o lo n g i n g   o f   th n etwo r k   life tim is   ac h iev ed .       3 . 4 .     E nerg y   c o ns um ptio n   SNs   co m p o s o f   s en s in g   u n i t,  p r o ce s s in g   u n it,  co m m u n icati o n   u n it,  an d   p o wer   u n it.  C o m m u n icatio n   ac tiv ity   r ep r esen ts   th m o s s o u r ce   o f   en e r g y   d ep letio n   in   SNs ,   s o   d u r in g   th s im u latio n   o n ly   th e n er g y   co n s u m p tio n   o f   co m m u n icati o n   u n it  d u r in g   t r an s m is s io n   an d   r ec eiv in g   is   ca lcu lated .   W h er th en er g y   co n s u m p tio n   f o r   p ac k et  tr an s m is s io n   an d   r ec eiv in g   a r ca lcu lated   as  in   [ 2 4 ] .   Ass u m in g   pl   is   th p ac k et   len g th ,   TR   is   tr an s m is s io n   r an g o f   th n o d e,   E elec   is   th en er g y   co n s u m p tio n   o f   tr an s ce iv er   cir cu itry ,   an d   E A   is   th am p lifie r   en er g y   co n s u m p tio n :     E TX   = p l *   E elec   + p l E A   TR 2               ( 6 )     E RX   = p l *   E ele c                   ( 7 )       4.   SI M UL A T I O R E S UL T   T h is   s ec tio n   in tr o d u ce s   t h r e s u lts   o b tain ed   b y   im p lem en ti n g   OHCR u s in g   o m n etp p - 5 . 0   [ 2 5 2 6 ]   s im u latio n   f r am ewo r k .   M o r th an   ten   test s   an d   m ea s u r e m en ts   h av b ee n   c o n s id er ed   to   ev alu ate  th e   Qo S   u s in g   OHCR P.  T h r esu lt s   co v er   th e   ab ilit y   o f   th e   p r o p o s ed   p r o to co in   r ed u cin g   t h la ten cy   b y   p r o v id in g   lin k s   with   th m in im u m   p o s s i b le  n u m b er   o f   h o p s   f o r   m o s t o f   th n o d es in   th n etwo r k ,   allev iatin g   lo ad   o n   th e   n etwo r k ,   an d   s elec tin g   lin k s   with   th h ig h est  s p ee d   f o r   f o r war d in g   p ac k ets.  I n   ad d itio n ,   en er g y   co n s er v atio n   is   ac h iev ed   b y   d iv i d in g   t h r e s p o n s ib ilit y   o f   th e   lin k s   b etwe en   p ar tn e r   n o d es,  wh ich   in   tu r n   h elp in g   n o d es  to   av o id   r ec eiv i n g   o f   m o s o f   th e   u n in ten d ed   p ac k ets .   Mo r eo v e r ,   th tr an s m itted   p ac k ets  th r o u g h   th e   n etwo r k   is   r ed u ce d   b y   ex p lo itin g   d ata  s t ab ilit y   o f   p ar tn er   n o d es.  I n   t h is   s tu d y ,   OHCR is   te s ted   u s in g   f o u r   d i f f er en t   W SN s   s ce n ar io s   in   wh ich ,   th e   d en s ity   o f   d is tr ib u ted   n o d es,  th p o s itio n   o f   th g atew ay ,   t h ar ea   o f   th f ield ,   an d   th r an d o m   n o d es  p o s it io n s   a r th d if f er e n tiab le  f ea tu r es  u s ed .   I n   ea ch   s ce n ar io ,   b u ild in g   o f   th e   o v er lap p e d   clu s ter s ,   n o d en er g y ,   av e r ag d ela y ,   an d   th r o u g h p u t a r o b tain ed .     No tin g   th at,   f o r   th ca s wh e n   th n o d es  a r r an d o m ly   d is tr ib u ted   th r o u g h   th in ter este d   f ield   th e   m ea s u r e d   v al u es  f o r   ea ch   n et wo r k   s ce n ar io   ar e   r ep ea ted   m an y   tim es  to   g et  th e   m o s g e n er al  b eh a v io r   o f   t h at  n etwo r k .   T a b le  2   s h o ws  th ch ar ac ter is tics   o f   th d if f e r en n etwo r k s   u s ed   to   test   OHCR p r o t o co l.  T h ese   s ce n ar io s   ar s elec ted   to   ex am in th p er f o r m an ce   o f   OHCR P p r o to co l in   d if f er en t n etwo r k   ch ar ac ter is tics .   I n   Netwo r k - 1 ,   1 0 0   n o d es d is tr ib u ted   th r o u g h   1 0 0 ×1 0 0   m 2   f ield   an d   th e   g atew ay   is   ass u m ed   to   b o n   th lef t   s id o f   th e   s en s in g   f ield .   Netwo rk - 2   is   p r o p o s ed   t o   test   th e   ef f ec o f   in cr ea s in g   th e   n o d es  d en s ity   o n   th e   p er f o r m an ce   o f   th p r o p o s ed   p r o to co l w h ile  k ee p in g   t h ar ea   o f   th s en s in g   f ield   with o u t c h an g e.         T ab le  2 .   Netwo r k s   ch ar ac ter is tics   N e t w o r k   s c e n a r i o - id   N e t w o r k - 1   N e t w o r k - 2   N e t w o r k - 3   N e t w o r k - 4   N o d e d e p l o y me n t   R a n d o m   R a n d o m   R a n d o m   R a n d o m   N o .   o f   n o d e s   1 0 0   1 5 0   2 0 0   2 0 0   Tr a n sm i ssi o n   r a n g e   ( m)   40   40   40   40   F i e l d   l e n g t h   ( m)   1 0 0   1 0 0   1 2 0   1 5 0   F i e l d   w i d t h   ( m)   1 0 0   1 0 0   1 2 0   1 5 0   G a t e w a y   p o si t i o n   S i d e   S i d e   S i d e   C e n t e r   S i mu l a t i o n   t i me   ( sec . )   50   50   50   50   P e r i o d i c   t r a n smiss i o n   d u r a t i o n   o f   n o d e s (sec . )   4   4   4   4     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E l Co n tr o l         Ove r la p p ed   h iera r ch ica l c lu s t ers   r o u tin g   p r o to co l fo r   imp r o vi n g   q u a lity o f ser vice   ( Ha yd e r   F a kh er J a s s im )   711   I n   Netwo r k - 3   b o th   o f   th n o d es  d en s ity   an d   th e   ar ea   o f   th s en s in g   f ield   ar in c r ea s ed   ( co m p ar ed   to   Netwo r k - 1 ) ,   to   test   th ef f ec o f   in cr ea s in g   b o th   o f   th n u m b er   o f   n o d es  an d   th e   f iel d .   I n   last   s ce n ar io ,     Netwo r k - 4   is   p r o p o s ed   to   in v esti g ate  th e f f ec ts   o f   ch an g in g   th p o s itio n   o f   th g atew ay   to   th ce n ter   o f   th f ield   b esid es  f u r th er   i n cr ea s in g   in   t h f ield   ar ea   t o   r ea c h   to   1 5 0 ×1 5 0   m 2 .   I n   o r d er   to   e v alu ate  th p e r f o r m an ce   o f   th p r o p o s ed   wo r k ,   OHCR p r o to co r esu lts   ar co m p ar ed   with   th o s o f   SP E E an d   T HVR  r o u tin g   p r o to co ls .   Fo r   ex a m p le,   i n   F ig u r 3 ,   OHCR is   test ed   u s in g   Netwo r k - 3 ,   i n   wh ich ,   2 0 0   n o d es  r an d o m ly   d is tr ib u ted   th r o u g h   ( 1 2 0 x 1 2 0 )   f ield   ar ea   an d   th g atew ay   p o s itio n   is   at  th e   s id o f   th f iel d .   T h s im u latio n   p ar am eter s   ar s u m m a r ized   in   T ab le  3 .     On o f   th m o s im p o r tan o b jectiv es  in   s p r ea d in g   th e   n o d e s   in   W SNs   is   to   in s u r f u ll  co v er ag o f   th s en s in g   f ield .   I n   th is   wo r k ,   th n o d es  wer d ep lo y e d   r an d o m l y   in   th in ter esti n g   f ield   with   d if f er en t   d en s ities   ac co r d in g   to   t h s ce n ar io s   m en t io n e d   in   T a b le  2 .   An   ex am p le  o f   s u ch   d ep lo y m en ts   is   s h o wn   in   Fig u r 4   wh e r f o u r   lev els  o f   o v er la p p ed   cl u s ter s   ar b u il to   co v er   th p r o p o s ed   n etw o r k ,   in   wh ich ,   th e   m ax im u m   h o p   co u n t to   r ea ch   th g atew ay   is   f o u r .   Fo r   ea ch   lev el,   th s o ld   cu r v s u r r o u n d s   t h p ar en ts   an d   th e   d o tted   cu r v s u r r o u n d s   th e   c h ild r en   n o d es  o f   th e   wh o le  c lu s ter s   p er tain   to   s p ec if ic   lev el.   T h p r o ce s s   o f   b u ild in g   th o v er lap p ed   clu s ter s   is   d esig n ed   s u ch   th at  it  s tar ts   f r o m   th g atew ay   o r   B u n til  it  r ea ch es  to   th e   ed g n o d es.   T h e   wh o le   o v e r lap p ed   clu s ter s   f o r   th e   n etwo r k s   p r esen ted   p r ev i o u s ly   a r s h o wn   in   Fig u r e   5 .   I n   th is   f ig u r e,   ea ch   n o d e   h as  m u ltip le  s h ap es  an d   th n u m b e r   o f   th ese  s h ap es  eq u al  to   th n u m b er   o f   clu s ter s   th is   n o d b elo n g s   to .           Fig u r 3 .   No d es d ep lo y m en t       T ab le  3 .   Simu latio n   p ar am eter s   P a r a me t e r   V a l u e   S i mu l a t i o n   t i me   ( sec . )   5 0     P e r i o d i c i t y   o f   t r a n sm i ssi o n   ( sec . )   4   P a c k e t   l e n g t h   ( K b )   4   C h a n n e l   b a n d w i d t h   ( K b p s)   2 5 0       OHC R p r o to co tak es  in to   ac co u n th im p o r tan ce   o f   en er g y   co n s er v atio n   th r o u g h   b u ild in g   th e   h ier ar ch ical  s tr u ctu r e   o f   t h o v er lap p e d   clu s ter s   as  well  as  th ad o p tio n   o f   p ar t n er s h ip   r elatio n   b etwe en   p air s   o f   n o d es  wh ich   e n ab le  th em   to   ta k th e   r esp o n s ib ilit y   o f   f o r war d in g   d ata   p a ck ets   m u tu ally .   E n er g y   co n s u m p tio n   f o r   ea c h   i n d iv id u al  n o d al o n g   s im u latio n   ti m is   m ea s u r ed   f o r   t h s ce n ar io s   m en tio n e d   i n   T ab le  1 .   T h en er g y   co n s u m p tio n   u s in g   OHCR i s   co m p ar ed   with   th en er g y   co n s u m p tio n   o f   SP E E an d   T HVR  r o u tin g   p r o t o co ls .   E n er g y   c o n s u m p ti o n   u s in g   O HC R p r o to co is   af f ec ted   b y   th n u m b er   o f   tr an s m itted   p ac k ets  th r o u g h   t h n etwo r k   a n d   th d ata  s im ilar ity   r atio   ( DSr )   b etwe en   p ar tn er   n o d es,  f o r   th is   r ea s o n ,   th av er a g en er g y   co n s u m p tio n   u s in g   OHCR is   m ea s u r ed   f o r   two   v alu es  o f   D Sr;  5 0 % ,   an d   1 0 0 %.  Fo r   in s tan ce ,   th e n er g y   c o n s u m p tio n   f o r   th e   s im u latio n   tim o f   5 0   s ec o n d s   an d   4   s e co n d s   tr a n s m is s io n   p er io d   is   s h o wn   i n   Fig u r 6   an d   Fig u r 7 .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0   T E L KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E l Co n tr o l Vo l.  19 ,   No .   3 J u n e   2 0 2 1 :    7 0 5   -   7 1 5   712       Fig u r 4 .   B u ild in g   o v e r lap p ed   clu s ter s           Fig u r 5 .   Ov e r lap p ed   clu s ter s     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E l Co n tr o l         Ove r la p p ed   h iera r ch ica l c lu s t ers   r o u tin g   p r o to co l fo r   imp r o vi n g   q u a lity o f ser vice   ( Ha yd e r   F a kh er J a s s im )   713       Fig u r 6 .   No d es e n er g y   co n s u m p tio n   in   n etwo r k   ( OHCR P ( 5 0 % DSr )   v s   SP E E D           Fig u r 7 .   No d es e n er g y   co n s u m p tio n   in   n etwo r k   ( OHCR P ( 5 0 % DSr )   v s   T HVR       T h d ata   s tab ilit y   r atio   ( DSr )   o f   p a r tn er   n o d es  is   ass u m ed   to   b e   5 0 %.  T h r atio s   o f   en er g y   co n s u m p tio n   b etwe en   OHCR an d   th o th e r   two   p r o to co l s   ( SP E E D,   an d   T HVR)  ar a p p r o x im ately   3 9 %.  T h en er g y   co n s er v atio n   is   ac h iev ed   u s in g   OHCR b y   th in v estme n o f   p ar tn e r s h ip   b etwe en   n o d es  th at  d iv id th d u ty   o f   p ac k ets  f o r war d in g   b etwe en   p ar tn er   n o d es  an d   h en ce allev iatin g   t h b u r d e n   o f   r e ce iv in g   u n n ec ess ar y   p ac k ets  th at  d ir ec ted   to   o th er   n o d es.  T h o th er   s o u r ce   o f   en er g y   co n s er v a tio n   is   ac h iev ed   b y   ex p lo itin g   d ata  s tab ilit y   o f   p ar tn er   n o d es  wh ich   ef f ec tiv ely   r ed u ce   th n u m b e r   o f   tr a n s m itted   p ac k ets  r eq u ir ed   to   d eliv er   th s p ec if ic   in f o r m a t io n   to   t h g atew ay .   Alo n g   5 0   s ec o n d s   o f   s im u latio n   tim e   with   th ca s o f   ea c h   n o d tr a n s m its   its   p ac k et  at  ev er y   4   s ec o n d s th f o u r   n etwo r k   s ce n ar io s   m en tio n ed   in   T a b le  2   ar ex am i n ed .   OHC R p r o to co e x p lo its   th s tab ilit y   o f   p ar t n er s   d ata  to   d ec r e ase  th n u m b er   o f   tr an s m i s s io n s   r eq u ir ed   a n d   h elp   in   allev iatin g   th d e m an d s   o n   th ch an n el  wh ich   ca n   ef f ec tiv ely   d ec r ea s th av er a g d elay   o f   p ac k ets  d eliv er ed   to   th g atew ay .   T h e   r esu lts   s h o th at  th av er ag e   d elay   u s in g   OHCR with   5 0 d ata  s tab ilit y   is   0 . 1 6 8   s ec .   an d   th r atio   r esp e ctin g   to   th e   o th er   two   r o u tin g   p r o to c o ls   ar 8 5 an d   9 1 %.   T h av e r ag d elay   m ea s u r ed   f o r   ea c h   o f   OHCR P ,   SP E E D,   an d   T HVR  r o u tin g   p r o to co ls   is   s h o wn   in   Fig u r 8 ,   alo n g   5 0   s ec o n d s   o f   s im u latio n .   T ab le  4   s h o w s   th E n er g y   co n s u m p t io n   r a tio s   b etwe en   OHC R an d   th o th er .   Als o ,   th e   av er ag d elay   r atio s   b etwe en   OHC R an d   th o th er   p r o to co ls   i s   illu s tr ated   in   T ab le  5 .   T h s im u latio n   r esu lts   s h o th at  o u r   OHCR P o u tp er f o r m s   SP E E D,   an d   T HVR r o u t in g   p r o to co ls .           Fig u r 8 .   Av e r ag d ela y   u s in g   S PEE D,   T HVR,  an d   OHCR P   r o u tin g   p r o t o co ls   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0   T E L KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E l Co n tr o l Vo l.  19 ,   No .   3 J u n e   2 0 2 1 :    7 0 5   -   7 1 5   714   T ab le  4 .   E n er g y   co n s u m p tio n   r atio s   b etwe en   OHCR P a n d   th o th er     O C H R P ( 5 0 %   D S r ) / S P EED     O C H R P ( 5 0 %   D S r ) / TH V R   O C H R P ( 1 0 0 % D S r ) / S P EED   O C H R P ( 1 0 0 %D S r ) / TH V R   N e t w o r k - 1   3 7 %   3 7 %   2 7 %   2 7 %   N e t w o r k - 2   3 5 %   3 5 %   2 5 %   2 5 %   N e t w o r k - 3   3 9 %   3 9 %   2 6 %   2 6 %   N e t w o r k - 4   4 0 %   4 0 %   2 8 %   2 8 %       T ab le  5 .   Av e r ag d ela y   r atio s   b etwe en   OHCR P a n d   th o th er   p r o to co ls     O C H R P ( 5 0 % D S r ) /   S P EED     O C H R P ( 5 0 % D S r ) /   TH V R     O C H R P ( 1 0 0 % D S r ) /   S P EED     O C H R P ( 1 0 0 % D S r ) / TH V R     N e t w o r k - 1   9 7 %   9 8 %   9 7 %   9 8 %   N e t w o r k - 2   7 7 %   8 2 %   7 3 %   78 %   N e t w o r k - 3   8 5 %   9 1 %   5 3 %   5 7 %   N e t w o r k - 4   8 8 %   8 8 %   8 0 %   8 0 %       5.   CO NCLU SI O N   I m p r o v i n g   Q o S   i n   W S N s   i s   a n   a c t i v e   r e s e a r c h   a r e a   b e c a u s e   t h e   s u c c e s s   o r   f a i l u r e   o f   W S N s   a p p l i c a t i o n s   m a i n l y   d e p e n d s   o n   w h e t h e r   t h e   n e t w o r k s   c a n   f u l f i l l   t h e i r   d e m a n d   o r   n o t .   T h e   a i m   o f   t h i s   r e s e a r c h   w a s   t o   i n v e s t i g a t e   a n   e f f i c i e n t   w a y   t o   i m p r o v e   t h e   Q o S   i n   W S N s   t h r o u g h   c o n t i n u i t y   o f   s e r v i c e ,   d e l i v e r y   o f   p a c k e t s   w i t h   l o w   l a t e n c y ,   a n d   o p t i m i z i n g   t h e   u t i l i z a t i o n   o f   W S N s   l i m i t e d   b a n d w i d t h .   I n   t h i s   w o r k ,   a   h i e r a r c h i c a l   r o u t i n g   p r o t o c o l   t e c h n i q u e   O H C R P   i s   p r o p o s e d   a n d   i n v e s t i g a t e d   t o   i m p r o v e   t h e   Q o S   o f   a   W S N s   w h i c h   p r o v i d e s   e n e r g y   c o n s e r v a t i o n ,   d e l a y   m i n i m i z i n g ,   b a n d w i d t h   o p t i m i z a t i o n ,   a n d   l o a d   b a l a n c e .   T h e   r e s u l t s   s h o w e d   t h a t   t h e   l a t e n c y   i s   r e d u c e d ,   t h e   a c c e s s   t o   t h e   s h a r e d   c h a n n e l   i s   a l l e v i a t e d   a n d   e f f i c i e n t   b a n d w i d t h   u t i l i z a t i o n   i s   a c h i e v e d   b y   u s i n g   O H C R P .   O H C R P   i n v e s t s   i n   t h e   s t a b i l i t y   o f   d a t a   c a r r i e d   b y   p a r t n e r   n o d e s   t o   m a k e   a c t i v e   n o d e   t r a n s m i t s   o n l y   o n e   p a c k e t   i n s t e a d   o f   t w o .   L o a d   b a l a n c e   i s   a l s o   a c h i e v e d   i n   t w o   w a y s ,   f i r s t l y ,   b y   a   m u t u a l   a c t i v i t y   o f   p a r t n e r   n o d e s ,   a n d   s e c o n d l y ,   b y   s e l e c t i n g   t h e   n e x t   h o p   n o d e   a c c o r d i n g   t o   t h e   r e s i d u a l   e n e r g y .   S o ,   c o m p a r e d   t o   t r a d i t i o n a l   r o u t i n g   p r o t o c o l s   s u c h   a s   S P E E D ,   a n d   T H V R   t h a t   c o n c e r n   w i t h   t i m e   c r i t i c a l   p a c k e t s ,   O H C R P   r e d u c e s   l a t e n c y   e f f e c t i v e l y   a n d   a c h i e v e   h i g h   e n e r g y   c o n s e r v a t i o n ,   w h i c h   l e a d   t o   i n c r e a s e   t h e   n e t w o r k   l i f e t i m e   a n d   i n s u r e   n e t w o r k   a v a i l a b i l i t y .       ACK NO WL E DG E M E NT S   W wo u ld   lik to   th an k   Mu s tan s ir iy ah   Un iv er s ity /C o lleg o f   E n g in ee r in g - C o m p u ter   E n g in ee r in g   Dep ar tm en ( h ttp ://www. u o m u s tan s ir iy ah . ed u . iq )   in   B ag h d a d - I r aq   f o r   its   s u p p o r o f   th is   wo r k .   All  au th o r s   s u b s eq u en tly   cr itically   ed ited   th p ap er .   All  au th o r s   r ea d   an d   ap p r o v ed   th fin al  p ap er .   A ls o ,   th is   s tu d y   d id   n o t r ec eiv e x ter n al  f u n d i n g .       RE F E R E NC E S   [1 ]   C. S h e n ,   e a l. ,   S e n so In f o rm a ti o n   Ne two r k i n g   Arc h it e c tu re   a n d   Ap p li c a ti o n s,”   IEE Pre ss ,   Co mm u n .   A u g . ,     p p .   5 2 - 5 9 ,   2 0 0 1 .   [2 ]   P .   Ti wa ri,   e t   a l. ,   Wi re les S e n so Ne two r k s:  I n tro d u c ti o n ,   A d v a n tag e s,  A p p li c a ti o n s   a n d   Re se a rc h   C h a ll e n g e s,   HCTL   Op e n   I n ter n a ti o n a J o u rn a o T e c h n o lo g y   In n o v a ti o n s a n d   Res e a rc h   (IJ T IR) ,   v o l.   1 4 ,   p p .   1 - 1 1 ,   2 0 1 5 .   [3 ]   M .   Ab o - z a h h a d ,   e a l. ,   S u r v e y   o n   P ro to c o ls ,   P latfo rm a n d   S i m u latio n   To o ls  fo W irele ss   S e n so Ne two rk s,   In t.   J .   En e rg y ,   I n f.   C o mm u n . ,   v o l .   5 ,   n o .   6 ,   p p .   1 7 - 3 4 ,   2 0 1 4 .   [4 ]   Bu lu su ,   e t.   a l . ,   S c a lab le  Co o rd i n a ti o n   fo r   Wi re les S e n so r   Ne two rk s:  S e lf  C o n fi g u r in g   Lo c a li z a ti o n   S y ste m s,”   IS CT 2 0 0 1 ,   Amb les i d e ,   UK ,   Ju ly   2 0 0 1 .   [5 ]   D.  Walten e g u a n d   P .   Ch risti a n ,   " F u n d a m e n tals  o Wi re les S e n so Ne two rk s,  T h e o ry   a n d   P ra c ti c e , "   Un it e d   Kin g d o m: Jo h n   W il e y   &   S o n s L t d . ,   2 0 1 0 .   [6 ]   K.  L.   M il ls,   b rief  s u r v e y   o f   se lf - o rg a n iza ti o n   i n   wire les se n so n e two r k s,”   W ire les Co mm u n ica ti o n a n d   M o b il e   Co m p u ti n g ,   v o l.   7 ,   n o .   7 ,   p p .   8 2 3 - 8 3 4 ,   2 0 0 7 .   [7 ]   D.  Bh a tt a c h a ry y a ,   T .   H.   Kim   a n d   S .   P a l,   " A   Co m p a ra ti v e   S t u d y   o Wi re les S e n so r   Ne two rk a n d   t h e ir  R o u ti n g   P ro to c o ls,"   se n so rs ,   v o l.   1 0 ,   n o .   1 2 ,   p p .   1 0 5 0 6 - 1 0 5 2 3 ,   2 0 1 0 .   [8 ]   T.   He ,   e a l . ,   S P EE D:  a   sta tele ss   p ro to c o f o re a l - ti m e   c o m m u n ica ti o n   in   se n so n e two rk s,”   Pro c e e d in g o f   In ter n a t io n a C o n fer e n c e   o n   Dist rib u ted   Co mp u ti n g   S y ste ms ,   Pro v id e n c e ,   RI ,   M a y   2 0 0 3 .   [9 ]   E.   F e lem b a n ,   e a l. ,   M M S P EE D M u lt ip a t h   m u lt i - S P EE p ro t o c o fo r   Qo S   g u a ra n tee   o f   re li a b il i ty   a n d   ti m e li n e ss   in   wire les s se n so n e tw o rk s,”   IE E T ra n sa c ti o n s o n   M o b il e   Co m p u ti n g ,   v o l.   5 ,   n o .   6 ,   p p . 7 3 8 - 7 5 4 ,   2 0 0 6 .   [1 0 ]   Y.  Li ,   e t   a l . ,   E n h a n c i n g   Re a l - Ti m e   De li v e ry   i n   W irele ss   S e n so Ne two rk s   with   two - h o p   i n fo r m a ti o n ,   IEE E   T ra n sa c ti o n o n   in d u stri a i n f o rm a ti c s ,   v o 5 ,   n o .   2 ,   p p .   1 1 3 - 1 2 2 ,   M a y ,   2 0 0 9 .   [1 1 ]   S.   R.   He ik a lab a d   e a l. ,   QEM P AR:  Qo a n d   En e rg y   Aw a re   M u lt i - P a t h   R o u ti n g   Alg o rit h m   fo r   th e   Re a l - Ti m e   Ap p li c a ti o n s i n   Wi re les s S e n s o Ne two rk s,”   In t .   J o u r n a l   o f   Co mp u ter   S c ien c e v o l.   8 ,   n o .   1 ,   p p .   4 6 6 - 4 7 1 ,   2 0 1 1 .   [1 2 ]   T.   S .   P ra k a sh ,   e a l. ,   Re a l - Ti m e   Li n k - Re li a b il it y   R o u ti n g   fo r   Qo S   in   Wi re les S e n so Ne two r k s,”   I OS J o u rn a o f   Co mp u ter   E n g in e e rin g   (IOS R - J C E) ,   v o l.   1 6 ,   n o .   1 ,   Ve r.   VII ,   2 0 1 4 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.