T E L KO M NI K A ,  V ol . 14,   N o. 3,  S ept em ber  20 16,   pp.   11 83 ~ 119 1   I S S N :  1 693 - 6 930 ac c r edi t ed  A   b D IK T I,  D e c r e e  N o 58/ D I K T I / K ep/ 2013   D O I :   10. 12928/ T E LK O M N I K A . v 1 4 i 3 . 3464      11 83       R ec ei v ed   F ebr u ar y   5 ,  2 01 6 ;  R ev i s ed   Ma y   2 2 ,  201 6 ;  A c c ept ed  J u ne  8 ,  2 01 6   S calab le H et er o g en e o u No d es  Dep lo y m e n t   A l g o r it h m   for  M o ni t or i n g o f U n de r w a te r  P i pe l i ne       M u h a m m a d  Z a h i d   A b b a s 1 ,2 * ,  K a m al r u l n i z am   A b u  B akar 1 ,  M u h am m ad   A yaz   A r sh ad 3 M u h am m ad  T ayyab 1 M o h am m ad  H af i z  M o h am ed 1   1 F ac u l t y  of  C o m pu t i ng ,  U ni v er s i t i  T ek nol ogi  M al ay s i a ,  J ohor   B ahr u,  M al ay s i a   2 C O M S A T S  I ns t i t u t e of  I nf or m at i on  T ec hno l ogy ,  V e har i ,  P ak i s t an   3 S N C S  R es ear c h C e nt r e,   U n i v er s i t y  of  T abuk ,  T abu k ,  K S A   * C or r es po ndi ng a ut hor , e - ma i l :   z ahi dm c s @ gm a i l . c om       A b st r act   U nder w at er   W i r el e s s  Li near   S ens or  N et w or k s  ( U W - LS N s )  po s s e s s  un i qu e f eat ur es  f or  t h e   pi pe l i ne m on i t or i ng a s  c om par ed t o t h e t er r e s t r i al  s en s or  net w or k s .  O t h er  t ha n l on g pr o pag at i on  del a y s   f o r   l ong  r a nge  u nder w a t er   pi pel i n es   an hi g er r or   pr obab i l i t y ,   hom ogen eou s   nod dep l oy m e nt   al s m ak e s   i t   har der  t o de t ec t  and l o c at e t h e pi pel i ne l eak age ef f i c i ent l y .  I n or der  t o t ac k l e t he pr ob l em  of  del a y  i n l ar g e   s c a l e p i pe l i ne  m oni t or i ng  and   unr el i abl e un der w at er  l i nk   qua l i t y ,  m any   al g o r i t hm s  ha v e b e en pr o pos ed b ut   t he  s c al abl node s   de pl o y m e nt s   s t i l l   nee f oc us   a nd  pr i m e   at t ent i on.   I or der   t ha ndl t he  pr o bl em   o f   s c a l ab l e no des   dep l oy m en t ,   w e t her ef or e,  pr opo s e a  dy n a m i c  node s  d epl o y m ent  a l gor i t hm  w her e ev er y   node i n t he net w or k  i s  a s s i gn ed a l oc at i o n i n t he q ui c k  and  ef f i c i ent  w ay  w i t hout  n eed i ng  any  l o c al i z at i o n   s c h em e.  I t  pr o v i de s  an o pt i o n t o hand l e t h e het e r oge neo us  t y pes  o f  nod es ,  d i s t r i but e  t opol o gy  a nd   m ec hani s m   i n   w hi c h new  no des  ar e eas i l y   a dded   t o   t he  net w or k   w i t h out  af f e c t i ng t he  ex i s t i n g n et w or k   per f or m an c e.  T h e pr opo s ed d i s t r i but e d t opo l og y  al g or i t hm   di v i de s  t he pi pel i ne l e ngt h i nt o s egm ent s  an d   s ub - s egm ent s  i or der  t o m an age t h e hi g her  de l a y  i s s ue .  N or m al l y  n ode s  ar e r andom l y  d epl o y ed f or  t h e   l ong  r ang u nder w at er   p i pe l i n i n s pe c t i on y et  t he y   r eq ui r e  pr oper  dy nam i c  nod es  dep l oy m ent   al g or i t hm   as s i gn i ng uni q ue  p os i t i o t o e ac h node .     K eyw o r d s:   s c al abi l i t y ,   he t er o genei t y ,  nod es  depl oy m ent   al g or i t hm ,   u nder w at er  pi pel i ne m oni t or i ng      C o p y r i g h t   ©   20 16 U n i ver si t a s A h mad  D ah l an .   A l l  r i g h t s r eser ved .       1.   I n tr o d u c ti o n   U nder w at er   e nv i r onm ent s   do  n ot   r em ai f eas i b l e   f or   hum an  oper at or s   due   t t h har s under w at er  ac t i v i t i es ,  h i g h  w at er   pr es s ur e,  ha z ar do us  und er w at er  c r ea t ur es ,   v as t  ar e as  f or   ex pl or at i o a nd  l ac k   of   hi g f r equenc y   s i gna l s   pr o pag at i o n   [ 1] .   D ue  t t he  und er w at er   ac o us t i c   c o m m uni c at i on ,   t he  s i g na l   pr opa gat i on  s pe ed  i s   dec r eas ed  t t h s pee d   of   s ound.   A l t ho ug i under w at er ,  s o und   w a v es  t r av e l  l on ger  a nd f as t er  t han  t he  ai r   but  s t i l l  t he y  ar e  f i v e t i m es  s l o w er   t han t h e el ec t r om agnet i c   w av es   [ 2] .  Mos t  of  depl o y m e nt  al g or i t hm s  and r out i ng pr ot oc ol s  do  not   r em ai n s ui t abl e f or  s uc env i r onm ent s  as  t he y  nec es s i t at e r an dom  nodes  depl o y m ent ,  j oi nt   t opo l og y ,  2D   ar ea,  h i gh er  dat a r at e ,  a nd  out c om es  i l ar g e e nd - to - end  de l a y s   [ 3] .  A l t hou gh  s i gni f i c an t  ar eas   of  i m pr o v em ent   ar h i gh l y  r equ i r ed t be  t her i U W - L S N  m oni t or i ng  t ec hni ques   l i k e s c al ab l e  n odes  d epl o y m ent ,   di s t r i b ut i on   of  l ar ge  net w or k ,   m i ni m i z at i on  of  t he   del a y   i c om m uni c at i on  an ef f i c i ent   dat de l i v er i es   t t he  s i nk ;   but   t he  a v a i l abl dat r a t es   f or   t he l o ng r an ge un der w at er  appl i c at i ons  i s  v er y  l o w  and n ot  f eas i bl e f or  t he r eal  t i m e   c o m m uni c at i on .  I n s hor t ,  i t  s eem s  t o be  har t i n c r eas e t he  da t a r a t e f or  t he  l on g r an ge   under w at er   c om m uni c at i o w her e   s c al a bl e   an ef f i c i en t   no des   d epl o y m e nt s   i d i s t r i b ut e d   t opo l og y   ar e h i gh l y  s upp or t i v i n t hi s  r eg ar d.     In   f a c t,  U W - LS N s   and  t e r r es t r i al   s e ns or   ne t w or k s   hav m an y   c om m on  pr op er t i es   i nc l u di ng d ep l o y m ent  of  l a r ge num ber  of  nodes  a nd  ener g y  c ons t r a i nt s ;   but  U W - L S N  s t a ys   uni que  i n m an y   as pec t s  f r om  t he t er r es t r i al  s e ns or  net w or k s   [ 4] .   F i r s t l y ,  m os t  of  t he t i m es   hom ogenous   t y p es   of   s ens or   nod es   ar e   de pl o y e r a n dom l y   t ha t   ar e   no t   s c al a bl e   f or   ex t ens i o n   of   under w at er   p i pe l i nes  m oni t or i n g c ov er ag e.   S ec on dl y ,  U W - LS N   r equi r es  s pe c i al   dep l o y m ent   al g or i t hm s   t hat   as s i gn   pr op er   nod es   pos i t i o ns   i 3D   d y n am i c   under w at er   e nv i r on m ent .   T hi r dl y ,   s ens or s   ar l i n ear l y   de pl o y ed  t m ai nt ai t he  l i near  t opo l og y  an di s t r i but ed  t o pol og y   net w or k   [ 5]   t hat   d i v i d es   t he  pi pel i ne  l e ngt i nt s ub - z on es   and  r anges   of   het er og e neous   s ens or s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                            I SSN :  1 6 9 3 - 6 930   T E L KO M NI K A     V o l.   14 ,  N o 3,   S ept em ber  2016  :   11 83     1 191   1184   F our t hl y ,  a  pr op er  nod e de pl o y m ent  h as  al s i m pac t  on t he c om m uni c at i o n de l a y   t hat  i s  a not her   i s s ue i n un der w at er  env i r o nm ent  bec aus e ac ous t i c  c om m uni c at i ons  r em ai ns  t h e onl y  f eas i bl w a y  of  c om m uni c at i on i n  under w at er .  T he bet t er  s ol ut i ons  t o t ac k l e t hes e pr ob l em s  i s   dev el opm ent  o f  pr oper   no des  de pl o y m en t  a l gor i t hm  r at her  t h an r em ot e s ens i n g t ec h nol og i es   s uc h as  r obot s  ar e not   abl e t o ac hi ev e pr ec i s e r es u l t s  about  t h e e v ent s  oc c ur r i ng i uns t ab l e   under w at er   en v i r o nm ent .   A   s c al abl U W - LS N   c an  c ont r i but e   as   pr om i s i ng  s o l ut i on   f o r   e x pl or at i o of   t he  under w at er   en v i r onm ent ,   m oni t or i ng  und er w at er   p i pe l i nes   and  bo ar der s .   B es i d es ,   i t   c a al s f unc t i o i d i f f er ent   k i nds   of   ot her   l i n ear   ap pl i c at i ons   un der   m an y   i m por t ant   c ons t r ai nt s .         2.   R el at ed  W o r k   I t  i s  har t o f i nd  an ar t i c l e r el at ed t o   s c al a bl nod es  de pl o y m ent   al g or i t hm  t hat  ef f i c i ent l y   dep l o y s   het er oge neo us   t y p es   of   nodes   i or d er   t c o v er   t he  l ar g s c al m oni t or i ng  ar e of   t he  under w at er   pi pel i n e.  F ur t h er ,  i n u nder w at er   en v i r o n m ent s ,  i t  i s   al s o  d i f f i c ul t  t o s ep ar at e  t he  c r it ic a l m o n i t or i ng ar e as  an d m ai nt ai n i ng  of  c o m m uni c at i o n bet w ee n t he  nod es  w i t h hi gh en er g y   c ons t r ai nt ,  c om m on t opol o g y  c ha nges  a nd no des  f ai l ur es .  F or  s uc h t y pes  of  env i r onm ent s ,   m an y   dep l o y m ent   s c hem es   hav be en  pr op os ed  t m oni t or   t he  under w at er   pi p el i nes .     A m ong   t hes e,  m os t  of  t hem  need  s pec i a l  n et w or k  s et ups  l i k aut om ot i v e t ool s / r o bot s / v eh i c l es  a nd  t he y   gener al l y   ar di v i ded  i n  d i f f er ent  c at eg or i es   [1 - 2 ] [ 6] .  D ep l o y m ent   S c hem es  ar e c l as s i f i ed  as   t hos e t ha t  r equ i r e s pec i al  net w or k  s et ups  and ex t r a aut om ot i v e t oo l s   [7 - 11]   an d us hom ogenous  t y p es  of  s en s or s .  A l l  t h es e pr ot oc ol s  r equ i r e ex t r a or di n ar y  s y s t e m  and  m ul t i p l t y p es   of   r obot s / A U V s   e qui pped   w i t s pec i al   s e ns or   m ov es   ov er   t h p i pe l i ne.   T he  dr a w bac k   o s uc k i nd  of   s c he m es   ar t hat   t hes ar not   app r opr i at f or   l on t er m   and  l ar g s c al e   under w at er  p i p el i ne  m oni t o r i ng pr oc es s  as  t he y  us t i nc r eas e c os t   and  de l a y .   S ec on dl y ,   c ha i bas e de p l o y m ent   s c hem es   m os t l y   i n v o l v es   ne i gh bour   nod es   l o c at i on   d e t a ils   f or   t he  eac s e ns or   of   c o m pl et net w or k .   F or   t he  s ak of   eas e,   m os t   of   t hes t y pes   of   s c he m es  as s u m e t hat  al l   nodes   i n t he  net w or k  al r ead y  h av e det ai l s  of  t hei r  o w n l oc at i on  and   des t i n at i on l oc at i on.  T hes e t y p es  of  depl o y m ent  s c hem es   [ 18 - 20]   a nd t he i r  r equ i r e m ent s  ar e not   eas y  t o be  i m pl em ent ed a ppr opr i at e l y   i und er w at er  as  ef f i c i ent   nod es  dep l o y m ent  i s  s t i l l  a  c hal l eng i n g t as k  i n U W S N .  F or  c o m par at i v e a na l y s i s  per s pec t i v e,  a s hor t  s um m ar y  of  s o m e   pi p el i nes  m oni t or i ng  de pl o y m ent  s c he m es  i s  des c r i bed  i n T ab l 1.  F ur t h er ,  p i p el i n es  m oni t or i ng   i s  hi g hl y  i m por t ant   as  t her e i s  a br o ad n et w or k  of  pi pel i nes  c ar r y i ng  oi l  a nd g a s  t hat  pl a y   an  i nt e gr al   r o l f or   t he  e ner g y   m anagem ent   and  ec onom y   of   m an y   c ou nt r i es .   S uc a s   N i ger i has   ar oun d 5, 000 k i l om et r es  o i l   pi p el i n es  c ons i s t i ng  of  m or e t han 4, 0 00 k m  of  di f f er ent  pr oduc t s   c ar r y i ng p i p el i nes   w h i l e t h e r em ai ni ng l engt h be l on g s  t o c r ude - o il p ip e l in e s   [ 21 ] .  T he av er ag dept h of  oc eans  l a y s  ar o und 2 . 5k m  t o 3 k m  and pi pel i nes   l en gt i s  m or e t han 10 0 k m .  I n   under w at er   e nv i r onm ent ,   ac ous t i c   c om m uni c at i on   i s   c ons i der ed  a i dea l   b ut   t he  r a nge  of   under w at er  s e ns or   no des  i s  not   pr ef er r ed  m or e t ha k m .   H ow e v er ,   i f   w d i v i d e t he   p i pe l i ne   l en gt i nt s ub z o nes   of   10 00  m et er   eac h,   t he l es s   n um ber   of   nodes   i s   r e qu i r ed   t del i v er   t he  dat p ac k et s   f r o m   t he  m i ddl of   t he  pi pel i n an f r om   bot t om   t t he  s ur f ac at   di f f er ent   oc ean  dept hs   [ 3] .   I t   i s   i m por t ant   t be  no t ed  t hat   t he  per f or m anc of   our   pr ot oc ol   dep ends   on  t he  n um ber   and  t y p es   of   s ens or s .   T he  pr opos e d epl o y m e nt   a l g or i t hm   s uppor t   e as i l y   het er og eneo us   t y pes   of  s ens or s  but  i f  w e i nc r eas e t he num ber  of  s ens or s  i t   w i l l  i nc r eas e t he c os t  of  t he  net w or k .  I f  w e   us e hom ogen ous  t y pes   of  s ens or s  i n  t ha t  c as e t he  ac o us t i c  c om m uni c at i ons   w i l l  g i v e s up por t  u t o t he r ang e of  5  k m ;  but  i t  i s  not  des i r ab l e as  l on g di s t anc e c om m uni c at i on s  ut i l i z e m or e   ener g y .  I or der  t o c o v er  m ax i m u m  l engt h of  t he p i pe l i ne  w i t h l o w  en er g y   and m or e net w or k  l i f t i m e,   w ha v def i n ed  t he  di f f er ent   r anges   of   ac ous t i c   c o m m uni c at i on  f or   eac t y pes   of   s ens o r   v ar y i n g f r o m  200 m et er  t m or e t han 100 0 m et er .  I t  i s  f ound t h at  ac o us t i c  c om m uni c at i o ns   w or k   bes t  f or  t he s hor t  r an ge a p pl i c a t i o ns  bec a us e i t  s u ppo r t  band w i d t h of  20 - 3 0  K H [ 22 - 24]   i 1 k m   di s t anc e .   A l t h oug h,   i s pec i al   c as es ,   w c a i nc r eas e   t hi s   r an ge  of   s ens or s   [ 25] ,   but   i n or m al   ac ous t i c  c om m uni c at i on  i t   i s  s ugg es t ed  t us e t h e d i s c us s ed r ang es  of  s ens or s .             Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KO M NI K A     I S S N :  1 693 - 6 930       S c al a bl H e t er og ene ous  N odes  D e pl oy men t  A l g or i t h m f or   ( Muh amm ad Z ahi A bb as )     1185   T abl e 1.   S h or t  s um m ar y   of  t he  r eq ui r em ent s  an l i m i t at i ons   of  ex i s t i ng  de pl o y m en t  s c hem es   A l gor i t hm   R e qui r e m e nt s  a nd   L i m i t a t i ons   S P A MMS [ 7]   i )   R obot  m ov es   i n t he  pi pel i ne   t c ol l ec t  da t a f r o m  R F I D   s ens or s  depl oy ed at  t he  i nner   w al l  of   t he  pi pel i ne  f or   t he det e c t i on  and r epai r i ng  of  def e c t ed pi pel i ne p l ac e .     i i )  S P A M M S  i s  onl y  s ui t abl e f o r   s m a l l - s c a l e   m oni t or i ng and ha v e no an y  depl oy m ent   al gor i t h m .   PI PEN E T [ 1 2]   i )   S pec i a l  f i x ed nodes  hav i ng s t a t i c  addr e s s  ar e r equi r ed equi pped w i t h ac ous t i c  pr e s s ur e   s ens or s .   i i )   S i n k   nodes   ar depl oy e onl y   on  m anhol es   o f   t he  pi pel i ne  s i t   i s   di f f i c ul t   t f i nd  t he  ex ac t   l eak age pl a c e.   S ew er S nor t [ 13]   i )   A l l   t he  s ens or s  dr i f t   i ns i de  t he   s ew e r age pi pel i nes  hav s pec i f i c   c ov er age ar ea.   i i )  T he beac ons  ar e r equi r ed t o  as s i gn nodes  addr es s es  and i nc r eas e t hei r  r es pec t i v e   s i gnal s  s t r engt h .     iii)   I t  w or k s  onl y  f or  s ew er age pi p e hav i ng f l ui d f l ow i ng at  s pec i f i c   s peed but  not  s ui t abl f or   UW S N.   T r i opus N et [ 8]   i )  I t  needs  s pe c i al  nodes  depl oy m ent   al go r i t h m   t o r el eas e   pool  o f  r o bot s   i t he  pi pel i ne .   i i )  I t  i s  not  s ui t abl f or  l ong r ange  under w at er  pi pel i ne  m oni t or i ng a s  i t  r equi r es  s pe c i al  t ool s   and s et up .   KAN T AR O [ 9]   i )  I does n' t   r equi r e node addr e s s   as  i t   c ons i s t s  of  a f u l l y  aut o m a t i c   r obot  hav i ng i nt el l i gent l y   m o t i on  c ont r ol  t ool  i n i t  w i t h a  s c an ner   and  c a m er a   t hat   needs  t m ov e i ns i de  t he p i pel i ne.   i i )   I t   i s   m anual   w ay   of   i ns pec t i on   w her v eh i c l m ov es   ov er   pi pe  and  i t   c an’ t   be  i n s t al l ed  i n   UW S N.     S CA DA   [ 1 4]   i )   I t  needs  s pec i al  net w or k  des i g n and N ode - I D s  w her e  al l  c l i ent s   ar e at t ac hed t o t he  m ai n   t er m i nal .     i i )  T hi s  appr oac h i nv ol v es   m or m anual  depl oy m en t  of  s en s or s   t her ef or e not  s ui t abl e f or   UW S N.   S W AT [ 15]   I t   r equi r es   c r o s s   c he c k   on  t he  par t   of   t he  nei ghbour i ng  nodes   al ong  t he  t r aj ec t or y   of   t he  f l ui d   t o v al i dat t he nodes .    I t   i nt egr at e s  S C A D A  and  as s um e s   t he  s t a t i c   a ddr es s i ng  f or  nodes  and   c ont r ol  uni t s .     D i s t r i but ed  t opol ogy   al gor i t h m [ 5]   i )   I t   i s   t opol ogy   di s c ov er y   al gor i t hm   f or   L S N s   t hat   r equi r an  or der ed  l i s t   o f   t he  nodes   addr es s es  depl oy ed i t he net w or k  w i t t hei r  r el at i v e geogr aphi c a l  p os i t i on s .   i i )   I t  w or k s  onl y  f or  s a m e t y pes  o f  s en s or s  and does  n ot   c apabl e t o handl e het er ogeneous   s ens or s .   A U V  ba s ed  al gor i t h m [ 1 0]   i )  I t  r equi r es  aut ono m ou s  under w at er  v ehi c l es  ( A U V )  i ns i de o r  out s i de of  t he pi pel i ne t ha t   c oor di nat e w i t h ea c h ot her  a c c or di ng t t he appl i c at i on  r equi r e m ent .   i i )  I t  onl y   m anage t r aj e c t or y  of   t he   A U V  no  any  det ai l s  abou t  pi pel i ne   s ens or s  depl oy m ent .   R oad M oni t or i ng  A l gor i t h m [ 16]   i )  I t  i s  ba s ed on  t he addr es s es  an d pl ac e m en t  o f  nodes .   I t  i s  al s o b as ed on  t he w ay  of  dat a   t r ans m i s s i on t hat  m a k es   t hi s  t ec hn i que m or ef f ec t i v and  e f f i c i en t  f o r   LS N .   i i )  I t  i s  onl y  f ea s i bl e f or  ho m ogen eous  s en s or s   s o het er ogeneous   t y pes  of   nodes  c an’ t   be   depl oy ed.     S R J  A l gor i t h m   [ 17]   i )  I t   needs  nei ghbour  di s c ov er y  t ab l es  and dy na m i c  s i gnal   s t r engt h s   t o by pas s  f ai l ur e  nodes .     i i )  R ando m  depl oy m ent   m odel   and  c o m p l ex   r out i ng t abl es  boos t  del a y  i n c o m m uni c at i on.   C hai n bas ed  al gor i t h m [ 1 8]   i )  I t   r equi r es  a l l   t he nodes   c onnec t ed by   w i r or  v i r t ual l y   bonded   i a c hai n.   i i )   A l l   nodes   depl oy ed  i c hai and  t hey   gene r at c om m uni c a t i on  ov er head  t s el ec t   f or w ar de r  node and  k eep   r e c or of  al l   t he nei ghbour  nodes .       3.   N e tw o r k   A r c h i te c tu r e  a n d  C o n tr i b u ti o n s   N et w or k  O per at i o n C ent r es   ( N O C s )  ar e i ns t al l ed o n gr ound  at  t h e bot h en ds  of  pi pel i ne   c ol l ec t i ng  dat f r om   t he  pi p el i ne  s ens or s   an c our i er   n odes .   T he  pi p el i ne  s e ns or s   ar dep l o y ed   l i n ear l y   on  u pper   s ur f ac of   t he  pi p el i ne .   N odes   ne ar   t he  N O C s   hav c l os er   di s t anc an t he   di s t an c i nc r eas es  as  t h e nod es  go  f ar   f r o m  N O C s .   T he  nodes   pos i t i o ns   ar e as s i gne d   d y n am i c al l y   b y   l i ne ar  equ a t i ons  d es i g ned s e par at el y   f or  eac h t y p e of  nod es  ac c or di ng  t o t h l en gt of   pi p el i ne  a nd  e ac h   s ens or   r ange.   T he  f our   t y p es   of   nodes   ar depl o y ed  i t hi s   net w or k   i . e.   B as i c   S e ns i ng  N od e ( B S N ) ,   D at a  R e l a y  N o de ( D R N ) ,  D at a D ef i n i t i on  N o de ( D D N )  a nd  C our i er  N o de ( C N ) ;  B S N   h as  a m i ni m u m  r ange  w hi l C N  t h e m ax i m u m .  N odes  a r e de pl o y e i n   s uc h a w a y  t h at  t he y  c ou l d c ov er  t he m ax i m u m  pi pel i ne l eng t w i t h l es s  ut i l i z at i o n of  nodes .   Mos t   of   t he  or di nar y   n odes   ar anc hor ed  at   al l ot t ed  p os i t i on  of   t he  pi pe l i n s ur f ac ex c ept   C N   t hat   i s   m obi l and  i s   of t en  i nt r oduc e i net w or k   b y   us i ng  h y dr aul i c   t oo l .   T he  c our i er   no des   ar hel pf ul  t o  ut i l i z e t he  bet t er  net w or k  r es our c es ,  i nc r ea s e t he  r el i ab i l i t y  a nd  m i ni m i z e t he  de l a y .   T hes c our i er   n odes   c an   c ol l ec t   da t pac k et s   f r o m   t h m i ddl nod es   be i n f ar   f r om   t he  N O C s .     A f t er  c ol l ec t i n g t h e da t a,  t h e y   del i v er  t h es e p ac k et s  di r ec t l y   t o t he N O C s .     A l t hou gh s om e i ns pi r i n g di s t r i but e d   t op ol o g y  n od es  depl o y m en t  s c hem es  l i k [5 ] [ 26 - 27]   ex i s t   i l i t er a t ur b ut   t h ei r   i m pl em ent at i o i s   t h oug ht   t b c um ber s o m i un der w at er   l on r ange  p i pe l i ne  m oni t or i n g.   I t hi s   pap er ,   w pr opos a   nov e l   dep l o y m ent   a l gor i t h m   f or   t he  l ong  r ange  u nder w at er   p i pe l i n m oni t or i ng.   B e i ng  s c a l ab l a nd  ef f i c i ent ,   i t   m ak es   us o f   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                            I SSN :  1 6 9 3 - 6 930   T E L KO M NI K A     V o l.   14 ,  N o 3,   S ept em ber  2016  :   11 83     1 191   1186   het er o gen eous  t y p es  of  s ens or s   w i t h m ul t i - s i nk  ar c hi t ec t ur e.   B e i ng  d es i gn ed  on  m ul t i - si n ar c hi t ec t ur e ,  t he  pr opos e d al gor i t hm  i s  goi ng t o be he l pf ul   i i nc r eas i ng  t he m oni t or i ng   c ov er ag e,   pac k et   del i v er y   r at i a nd  m i ni m i z i ng  t he  d el a y   bet w ee nod es   and  s i nk s .   T he  c our i er   nodes   dep l o y e d as  s ur f ac e s i nk s  ar e equ i pp ed  w i t h  r a di an d ac ous t i c  m odem s ;  t he y  us e r a di f r equenc y   t c om m uni c at m ut ual l y   and   w i t t h N O C   w hi l u nd er w a t er   pi p el i ne   s ens or s   hav onl y   ac o us t i c   m odem s   t c om m uni c at w i t ot h er   s en s or   of   s a m or   di f f er ent   c at egor y .   T hes e   het er o gen eous  s e ns or  no d es  ar e d ep l o y ed  ac c or di n t o L S N  t hi n  m odel   [6 ]   b ut   t he y   ar pl ac ed  at   s pec i f i c   l oc at i on   ac c or di ng  t d epl o y m e nt   a l g or i t hm .   T hes nod es   ar e   de pl o y e i h or i z ont al   di r ec t i on a l on w i t h pi pe l i ne l e ngt h,  t he y  c an t  m ov e f r eel y   w i t h t h w at er  c u r r ent s  but  t he   c our i er  n od es  ha v e  v er t i c a l  m ov em ent  w i t a s pec i a l  h ar d w ar e   [ 28] .   B y  f o l l o w i ng t hes e p at t er ns ,   al l  n odes  ar e dep l o y e d i n  on e l i n e s t ar t i n g f r o m  t he one c or ner  of  pi pel i ne  and en di n g at   anot her .  T he depl o y m ent s   of  c our i er  nodes  s t and f l ex i bl e be i n g abl e t o be i ns t al l e d on an y  p l ac of   t he  pi pel i n e,   at   an y   de pt l e v e l   of   t he  oc ean,   and  a s   w e l l   as   at   t h s ur f ac l e v el .   D ue  t t he   har s h un der w at er  en v i r on m ent  and he av y  c ur r en t s  i t  i s   not   eas y   t o m oni t or  s om e ar ea of   pi p el i nes   i de ep  and  dar k  s ea,  s w e as s um e t hat  an y   c our i er  n ode  t h at  r e ac h a n y   ar ea  of  t he   pi p el i ne,  i t   w o ul d c om e bac k  at   an y   ar ea  on  t he   s ur f ac e.  A c c or di n t o t h un der w a t er   env i r onm ent  c on di t i o ns  a nd  und er w at er  pi pe l i ne r equ i r em ent s ,  t he  c ont r i bu t i ons  of  t h i s   dep l o y m ent  a l g or i t hm  ar e a s  f ol l o w s .     1.   S cal ab l d ep l o y m en t   o f   sen so r s:   T he  pr opos ed  al g or i t hm   i s   s c al abl e   i per f or m anc e;  i t  d ep l o y s   het er oge neo us  s ens or s  ha v i n g no  an y  r es t r i c t i on  of  net w or k  s i z e.   2.   D e s i g n i n g  o f d y n a m i c  l i n e a r  e q u a ti o n s :   E ac h t y p e of  node ob t ai ns  i t s  pos i t i on   d y n am i c al l y   b y  us i ng  of  l i near  e qua t i o ns  s pec i f i e d   t o di f f er ent i at e t he t y p es  o f  s ens or ,  s i n k   addr es s  and m ai nt a i n d i s t anc e.  T her e i s  no n eed of  an y  s t at i c  or  m anual  no d es  depl o y m e nt   pr oc edur e.   3.   M a x i m i z i n g   o f   m o n i to r i n g   c o v e r a g e   I t   pr ov i des   ef f i c i ent   m oni t or i ng  c ov er age  f or   t he  l o ng r a ng e p i p el i ne  b y   us i ng  d i f f er ent  t y p es  of  s en s or s ,  r anges   and  b y   pas s i n g t h dam aged   nodes .     4.   R o b u s tn e s s :   I t   i s   r obus t   as   i t   c an  b eas i l y   ad o pt ed  i a n y   net w or k   s i z e ;   i t   ac c o m m odat es  ne w  n od es ,  dam aged no des  or  r ep l ac i ng t h e ne t w or k  nodes   w i t ho ut  m a k i ng an y   s er i ous  ef f ec t  on  t h e r es t  of  net w or k .       4.   P r o p o s e d   N o d e s  D e p l o y m e n t A l g o r i th m   A f t er   br oad   l i t er a t ur r ev i e w ,   i t   i s   r e v e al ed  t hat   U W S N   nodes   d epl o y m e nt   i s   a   c hal l eng i n g t as k  i nc l u di n g t he l oc al i z at i on  of  under w at er  s ens or  no des  [ 4] .  F or  t h i s  pur pos e,  t he  al g or i t hm  c o m pl et es   i t s   t as k  i n t hr ee  phas es .   I t he  fi r s t p h a s e ,   i t   s et s   t he  r an ges   of   het er o gen eous   t y p es  of  s e ns or s  and  c al c u l at es  t h e r e qui r e d t ot a l  n um ber  of  nod es  ac c or di n g t t ot a l   l eng t of   t he  pi p el i n e.   I t he  seco n d   p h ase,   i t   s et s   t he   f r equenc y   a nd  t y p e s   of   nei g hbo ur   nodes .   I n t he  th i r d  p h a s e ,   al l  n odes  ar e as s i g ned  s pec i f i c  l oc at i on  on t he  pi pel i ne  s ur f ac ac c or di ng  t o t he f unc t i on  of  t he i r  l i ne ar  equ at i ons   i n d e pl o y m ent   al gor i t hm .     4. 1.   T y p es o f   S en so r s an d  H i er ar ch i cal   N et w o r k M o d el   W e   hav pr op os ed  h i er a r c hi c al   net w or k   m odel   of   L S N   f or   t h d ep l o y m ent   of   pi pe l i ne   nodes .   T he  r el i ab i l i t y   ana l y s i s   of   di f f er ent   k i nds   of   LS N   net w or k   ar c hi t ec t ur e   [ 2 9]   pr ec eded  t he  des i g ni n of   t hi s   m odel .   LS N   i s   c ons i der ed  an  i d eal   n et w or k   f or   t he  pi p el i ne  m oni t or i n app l i c at i on  h av i n s pec i f i c   t y p es   of   nodes   de pl o y m ent   t opol ogi es .   I t hi s   r egar d ,   di f f er ent   t y pes   of  LS N  nodes  d epl o y m e nt  m odel s  ex i s t  l i k e t hi n,  t h i c k   and v er y  t h i c k  t hat  ar m os t l y  us e d i n f l at   net w or k   m odel s  and  a ppl i c at i o ns   [ 6] .   T he  hi er ar c hi c al  net w or k   m odel   ad v ant age s   ov er  t he f l at   net w or k   m odel s  ar e m ul t i p l e i . e.   t he  hi er ar c hi c al   net w o r k  has  t he ab i l i t y  t o d ev el op   m or e r el i a bl and r o bus t  m odel   [5 - 6] .   I t  p r ov i des  h el p  t di s t r i but e  t h e net w or k  t opol og y ,  d i v i d and c o nt r ol  t he   t r af f i c  l oad,  a nd  ov er c om e  t he  net w or k  f ai l ur es  bas ed o n d i f f er ent  t y p es  of  a t t ac k s ,  nodes   f ai l ur es ,  a nd b at t er y  ex h a us t i on .  T hes e k i nds  of  net w or k  al s o s up por t  r o ut i ng  pr ot oc o l s  t c o m m uni c at q ui c k l y ,   r e du c l at enc y ,   as s i gn  aut ono m ous   r egi ons ,   and   c ont r o l   net w or k   f ai l ur es   ef f i c i ent l y .  I t hi s  m odel ,  t h e f ol l o w i n g f our  t y pes  of  no des  ar e d i s c us s ed.   A l l  of  t h es e no des  ar e   dep l o y ed   l i ne ar l y   on   t h p i pel i ne   s ur f ac e.     F i g ur 1   pr es ent s   he t er og ene ous   t y p e s   of   t he  no des   hav i n g u ni q ue f unc t i ons  t o ac c om pl i s h s uc h as   ba s i c  s ens i ng  an d d at a c o l l ec t i on ,  pac k et   f or w ar di ng  and  dat a d i s s em i nat i on t o t h e s i nk s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KO M NI K A     I S S N :  1 693 - 6 930       S c al a bl H e t er og ene ous  N odes  D e pl oy men t  A l g or i t h m f or   ( Muh amm ad Z ahi A bb as )     1187   B asi S en s i n g  N o d es ( B S N s ) :   T hes e ar e t he m os t  c o m m on nodes  i n   o ur  ne t w or k   dep l o y ed  on t he p i p el i ne .   T hei r   m ai n t as k  i s  t o s ens e t he  pi pel i n es  s t at us  l i k e an y   l e ak age,   c or r os i on,   e t c .  an f or w ar d  t hat   dat t o  t he   c l os es t   d at a r e l a y   n ode,  da t d i s s e m i nat i on  nod e,   and c o ur i er  n ode  or  d i r ec t l y  t o s i nk .   D at a R el ay  N o d es   ( DRN s ) :   T hes e n odes  f unc t i on  a s  i nt er m edi at e n odes   t hat   gat h er   dat a f r om  B S N s  and f or w ar d i t  t o t h e c l os es t  D D N ,  C N  or  N O C .  T hei r   m ai n r ol e i s  i n r out i ng t h e   dat a t o w ar d t he N O C  at  t h e s hor t es t  pat h an d i l es s  del a y .  T he d i s t anc e b et w e e n t hes e n odes   i s  det er m i ne d b y  c om par i ng t he  ne i gh bour   nod es  ad dr es s es .   D at a D i s sem i n at i o n  N o d es ( D D N s ) :   T hes e no des   per f or m  t he f unc t i on of  de l i v er i n t he c ol l ec t e d dat a t o t h e N O C .  T he t ec hnol o g y   us ed t o t r ans f er  t he dat a f r om  t he s e nodes  t o t h N O C   i s   v ar i e s uc as   us age  of   und er w at er   v eh i c l es .   T hi s   i m pl i es   t hat   eac of   t h D D N   nod es   hav e a  hi gher  c om m uni c at i on c ap abi l i t y .   Co u r i e r  No d e s  ( CNs ) :   T hes e ar e t he  hi g her  f r eque nc y  no des  i n t he n et w or k .  T hei r   obj ec t i v i s   t c ol l ec t   dat f r om   nodes   bei n f ar   f r o m   t he  N O C   b y   es t ab l i s h i n g   s ec ondar y   p at h.   A f t er  dat a  c ol l ec t i on,  t he y  d i r ec t l y  f or w ar d t h i s  da t a t o t he N O C   b y   us i n g R F  c om m uni c at i o n.               F i gur e 1.   H et er o gen eous  t y pes  of  s ens or s   F i gur e 2 .   A  h i er ar c hi c a l  r e p r es ent at i on  of   het er o gen eous  t y p es  of  no des  i n  pr op os ed  net w or k  m odel       F i gur e 2 pr es e nt s  t he hi er ar c hi c al  r el at i ons h i p bet w e en t he v ar i o us  t y pes  of  no des  i t he pr o pos ed  s e ns or  net w or k .   B S N s  c ons i s t  of  s ens i ng  t oo l s   l i k pr es s ur s ens i ng  i or d er  t per f or m  t he bas i c  s ens i ng  pr oc es s ;   m ul t i p l B S N s  f or w ar d t he i r  dat a t o t he n ear es t  D R N  an s i m i l ar l y ,   D R N s   t r ans f er   t h ei r   d at t t he  near es t   D D N   nod ;   f i na l l y ,   al l   D D N s   t r a ns m i t   t he i r   da t t o t he N O C   di r ec t l y   or  v i a C N .  B S N s ,  D R N s ,  a nd   D D N s  ar e equ i p ped  w i t h  bat t er i es  an ac ous t i c  an t en nas  f or  under w at er  c om m uni c at i o n.   B S N s ,  D R N s ,   an D D N s  ar e l o gi c a l l y   c hai n ed  w i t eac ot h er   and  us ed  f or  des i gni ng  of   i n t egr at e d ac ous t i c   s ens or  n et w or k   [ 30] . In   t hi s  c as e,  t he  nod es  ar e e qui ppe w i t h r ec har ge ab l e  bat t er i es  t hat  c a n be r ec har ge d f r o m   a   w i r e.  I n a dd i t i on,  t he ac ous t i c  c o m m uni c at i on  i s  us ed t o s end t h e dat a t o t h e nex t   hop n ei g hbo ur   ei t h er  t o w ar ds  t he s i nk  no de or  t h e C N .  I n  t h i s  s c e nar i o,  N O C  c an  be  i ns t a l l ed o n t he  bo at   s t andi ng i n w at er  or  pl ac ed  on gr ound n ear  t he c oas t a l  ar ea.  A l l  s i n k s  and c our i er  node ar e a l s equ i pp ed  w i t R F  an t en nas  t o c oor d i na t w i t h  N O C  at   hi g h s pee d.     4. 2.   P r o p o s e d  N e tw o r k  T o p o l o g y   T he pr opos ed  net w or k  t opo l og y   i n t hi s  r es ear c i s  s ho w i n F i g ur e 3 .           F i gur e 3.   N et w or k  t opo l og y   di a gr am              Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                            I SSN :  1 6 9 3 - 6 930   T E L KO M NI K A     V o l.   14 ,  N o 3,   S ept em ber  2016  :   11 83     1 191   1188   4. 3.   N o d e s  D e p l o y m e n A l g o r i th m   I n p u t:   1.   H et er og en eous  t y p es  of  pi p el i nes   S ens or s   w i t h d i f f er ent  c om m uni c at i on r an ges   2.   S et  f r equ enc y   and  t y p es  of   nei ghb or  no des   3.   T ot al  P i pe l i ne  l en gt h   P r o c ess:             A l g o r i th m  S te p s                                                                                     D e s c r i p ti o n s     1.   If       i = 1 t hen  L/ N * 1   = 2 50  M                                                             / /  i =  1  1 st   BSN   node  nu mber   2.      {    i = 2  t he n L/ N * 2  = 500  M                                                                 / /  i =  2  2 n d   BSN   node  nu mber   3.        i = k   t h en  L/ N * k    = ( L N i ) = 1     }                                                       / / i - k  =  t ot al   B S N   nodes   dep l oy m ent  f or mu l a   4.      El s e   If        I < 1  &   j = 1 t hen  L/ N * 10 *  = 250 M                             / /   j =  1  1 st   D R N  n ode   numb er   5.      {     i < &   j = t hen  L/ N * 10* 2     = 500 M                                                                         //  j =   2     2 n d   DRN  node  nu mber   6.         i < 1   &   j =   r   t h en  L / N * 10* r     = ( L N 1 0 j ) = 1                                         // j - r   =   T ot al   D R N   nodes   dep l oy m ent  s er i es  f o r mul a   7.      El s e   If           I < &   j < &   p = t hen  L/ N * 5 0*   = 250 M                           / /   p=     1 st  DDN   node  nu mber   8.         {    i <1   &  j = 2  &   p= 2  t hen  L/ N * 5 0* 2   = 50 00    9.        i < 1  &  j =  r   & p =  t   t hen  L/ N * 50 * t    = ( L N 5 0 p ) = 1                                 //p - t  = T o t a l   D D N  no des  d epl oy me nt  f or mul a   10.     El s e   If         I < &   j < &   p< &  m = 1  t h en  L/ N * 22 5* 1    = 1 2500   M                / /   m =  1   1 st  C N  no de n um ber   11.   {    i < &   j < 1 &  p < & m = 2 t h en L/ N * 2 25* 2   = 25 00 00    12.     i < &  j < & p < 1 &   m = t h en L/ N * 22 5* q  =   ( L N 2 2 5 m ) = 1   //m - q =  T ot al   C N  no des  de pl oy men t  f or m ul a   13.   E n d  I F   14.   T o ta l   c o v e r a g e   fo r m u l a / e q u a ti o n   =   s te p   3 + s te p   6 + s te p   9 + s te p   1 2                         //  add  al l  f or m ul as                                                                                                                                         15.               If      m or B S N   no des   adde d i n L S N  N et w or k     16.                       R e peat  s t ep  1 - 3   17.             E ls e If      mor e D R N  n o des  ad ded  i LS N  N et w or k     18.                       R e peat  s t ep  4 - 6   19.            E ls e If      m or e D D N  no des  ad ded  i LS N  N et w or k     20.                       R e peat  s t ep  7 - 9   21.            E ls e If      m or e C N  no de s  adde d i n L S N  N et w or k     22.                       R e peat  s t ep  10 - 12   23.   U p d a te   to ta l   c o v e r a g e   fo r m u l a   o c o m p l e te   n e tw o r k   b y   r e p e a ti n g   s te p   14   24.           El s e   a l l   het er oge neo us  nod es  ar e d ep l oy ed  at  pr o per  pl ac e of  t h e p i pe l i ne   25.        E n d  I F      S t op  n odes  de pl oy m ent  pr oc es s     O u tp u t:   T ot al  pi p el i ne l en gt h i s  c ov er e d and al l  het er oge neo us  t y pes  of   node s  hav e   as s i gne d s pec i f i c  l oc at i on  o n t he  pi pe l i n e .           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KO M NI K A     I S S N :  1 693 - 6 930       S c al a bl H e t er og ene ous  N odes  D e pl oy men t  A l g or i t h m f or   ( Muh amm ad Z ahi A bb as )     1189   5.     P e r f o r m an c e M et r i cs    W e  us ed  m oni t or i ng c o v er a ge,  t y pes  of  s ens or s  an d r a nges  of  s ens or s  as  t he m et r i c s  i or der   t c hec k   t he  per f or m anc of   t he  pr op os ed  d ep l o y m ent   al g or i t hm .   Moni t or i ng  c ov er age   is   bas ed o n nod es  dep l o y m e nt  equ at i ons  di s c us s ed  i n a l gor i t hm  and l en gt hs  of  di f f er ent  p i pe l i nes .   T y pe   of   s ens or   i s   def i n ed  as   het er oge ne i t y   na t ur of   s ens or .   R a nge   of   s ens o r   i s   def i n ed  as   t he br o adc as t  d om ai n of  t he eac h t y p e of  s ens or .  T opol o g y   di s t r i but i on  per c ent ag e i s  c al c u l at ed   b y   di v i di ng  t he  t ot al  pi pe l i n e l engt and  r ang es  of  d i f f er ent  t y p es  of  s ens or s  es p ec i al l y  i n t he   pr es enc e of  c our i er  no de.     5. 1.   R esu l t an d  D i s cu ssi o n s   N o d e  d e p l o y m e n t a n d   c o v e r a g e :   W e us ed di f f er ent  n um ber  of  nodes   and  p i pe l i nes   l en gt hs  i or der  t o t es t  o ur  al gor i t hm ;  F i gur e 4 ex p l ai ns  t he h et er o gen eous  t y p es  of  nod es   dep l o y m ent  f r equenc i es  i n di f f er ent  l engt hs  of  t he pi pe l i n es .  F i gur e 5 s ho w s  t h at  t ot al  n um ber  of   het er o gen eous  nod e s  ar v ar i ed  ac c or di ng t o t hei r   app l i c at i on  r eq ui r em ent   w h i l e t ot al  num ber  of   hom ogeneo us   no des   ar al w a y s   d ep l o y ed  at   f i x ed   r at i o   l i k i A l m a z y a m odel   [ 4] .   T he   dr a w bac k  of  hom ogeneou s  nodes   dep l o y m ent   i s  t h a t  i t   i s  ex p ens i v ut i l i z i ng   m or e r es our c e s   and  f ac i ng  hi gher   l a t enc y   due  t us age  of   s a m r ange  s ens or s .   T he  pr opo s ed  al gor i t h m   di s t r i b ut es  t he  net w or k  t opol o g y   i n t o s e gm ent s  ac c or di n g t o  h i er ar c hi c a l   net w or k   m odel  and   r anges   of   t he  s ens or s .   F i gur hi ghl i g ht s   t he  c o m par i s on  of   pr opos ed  al gor i t hm   nodes   dep l o y m ent   f r equ enc y   s ho w i ng   l o w er   f r equ enc y   i o n s egm ent   t h an  t he   R O ut i ng  pr ot oc o l   f or   Li n ear   S t r uc t ur es ( R O LS )   [ 3 1] .   T he  pr opos e a l gor i t hm   ut i l i z ed  het er oge neo us   t y p es   of   s ens or s   hav i n g di f f er ent  br oadc as t  r anges  s ho w n i n F i gur e 7.  F or   ex a m pl e,  t he t ot a l  pi p e l i ne l e ngt i s   c ons i der e as   100 0M  and   eac B S N   no de  c o v er s   1 0 0M  l en gt h,   eac D R N   c o v e r s   250M,   eac D D N  c ov er s  400 w hi l C N  c ov er s  hal f  l engt h of  t he  pi p el i n e s ho w i ng  bet t er  m oni t or i n c ov er ag e.     N e tw o r k   T o p o l o g y   D i s t r i b u ti o n :   I m ad  pr opos ed   d i s t r i bu t ed  t op ol o g y   nodes   dep l o y m ent  m odel   [ 5]   f or   p i pe l i nes   m oni t or i n g;   i t   r e qu i r es  t m ai nt a i a nd  u pdat e  t he t w l i s t s   r egul ar l y  c aus i ng  i nc r e as e i n t h w or k l oad  an d c om put at i o na l  o v er h ead  o n s ens or s .  T hi s  k i nd of   di s t r i b ut e d t opo l og y   di s c o v er y   does   not  l ook  f eas i bl e  f or  m oni t or i ng  of  l ong  r an ge  und er w at er   pi p el i ne.   T he  pr opos e a l g or i t hm   c ons i der i ng  t h i s   i s s u di s t r i but ed  t he  n et w or k   i n t hi er ar c hi c a l   m odel  ac c or di ng  t o d i f f er ent  r ang es  of  het er o gen eo us  s ens or s .  I t  i n t r oduc e c our i er  n odes   c ons i der e as   hi gher   f r e qu enc y   n odes ;   t h e y   ar c apa bl t c om m uni c at w i t ot her   s ens or s   as   s ec ondar y   s i nk   w hi c d i v i d es   t he  net w or k   t opol og y   i nt i nd epe nde nt   s egm ent s .   I f   w do n’ t   us c our i er   no de  t h en  w ho l n et w or k   w i l l   b c ons i der ed  as   one  u ni t .     I c ur r ent   s c e nar i o,   w h av u s ed  c our i er   node  t hat   d i v i des   t he  n et w or k   i nt t w s egm ent s   and  m or t han  5 0%   of   net w or k   l oa i s   di s t r i but ed.   B y   f ol l o w i ng  t he  s am depl o y m ent   pat t er n,   i t   i s   a l s pos s i b l e   t add  t w or   m or e c our i er  nodes  t h at  c a n f ur t her  di s t r i but e t h e net w or k  i nt o s m al l  s egm ent s .  T he c om par i s on  of  c our i er  no des  an d t o po l o g y   di s t r i b ut i on  i s  s ho w n i F i gur 8.                    F i gur e 4 .   N odes  d ep l o y m ent  f r equenc y  i di f f er ent  pi p el i n es   F i gur e 5 .   H et er o gen eous   v s  H om ogeneous   nodes  dep l o y m ent       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                            I SSN :  1 6 9 3 - 6 930   T E L KO M NI K A     V o l.   14 ,  N o 3,   S ept em ber  2016  :   11 83     1 191   1190         F i gur e 6 .   N odes  d ep l o y m ent  f r equenc y  i n o ne  s egm ent   F i gur e 7 .   P r opos e d br o adc as t  r ange  of  eac s ens or       F i gur e 8 .   P r opos e d t o po l og y   d i s t r i bu t i on us i ng c o ur i er   nodes       6 .  C o n c l u s i o n   W e  hav e pr op os ed a s c al abl e nod es  dep l o y m ent  a l gor i t hm  bas ed on m at he m at i c al   equa t i o ns  an d h et er o gen e ous  t y p es  of  s ens or s .  N o v e l t y   of  t hi s   dep l o y m ent   i s  i t s  ef f i c i ent   c ov er ag e of  t he d i f f er ent  l e ngt hs  of  t he p i p el i nes .  I t   ha s  i nt r oduc e d d i s t r i bu t ed t op ol o g y  m odel   i w hi c h t o t al   pi p el i n e l e ngt h  i s  di v i d ed i nt o s egm ent s .  T hi s  appr oac h i s  r obus t   enou gh f or  t he   add i t i on of  ne w   nod es ;  bes i des ,  i t   i s  s c al ab l as  w el l  f or  an y  s i z of  net w or k  i w h i c h ne w  n odes   get  t he i r  r el at i v e p os i t i ons .   A n i m por t ant  as p ec t  of  t hi s  al g or i t hm  i s  t hat  i t  i s  d y nam i c  i n nat ur e.   I t   dev el ops   m at he m at i c al   equ a t i o ns   f or   het er ogene ous   t y pes   of   nodes   depl o y m ent   a nd  c al c ul at es   t hei r  p os i t i on r e l at i v e t o t he  t ot al  p i p el i ne  l en gt h.  M os t  i m por t ant l y ,  i t  he l ps  t o m i ni m i z e t h e i s s ue   of  del a y   i n f i n di n g a d am a ge or  l e ak age pos i t i o n of  under w at er  p i pe l i ne.  T hi s  al g or i t hm   gi v es   s uppor t   i det ec t i n g t he  d ef ec t ed pos i t i on  of  pi p el i n e an d as   w el l   as  pr o v es   hel pf ul  i n t he  add i t i on or  r epl ac em ent  of  nodes .  F ur t her ,  t he pr o pos ed de pl o y m en t  m odel  m i ni m i z es  t he  c o m put at i ona l  o v er he ads   as  us ual l y  u nder w at er  ac o us t i c  c om m uni c at i o n s u pp or t s  ex t r e m el y   l o w   dat a  r at es .  F ur t her m or e,  t hi s   al gor i t hm  i s  f l ex i bl e en oug h t o  be  us ed f or   t he  l on g t er m   pi p el i ne  m oni t or i ng  app l i c a t i ons .   Mor e ov er ,   i t  s u ppor t s   t he c o v er a ge  of  l o ng  r ang pi p el i nes   w i t l es s  num ber   o f  nodes   hav i ng no an y   l i m i t at i on  of   net w or k  s i z e.  I n f ut ur e,  w e pl an t o i nt egr at t hi s  d y n am i c  depl o y m e nt  a l gor i t hm  w i t h d y n am i c  addr es s i ng  bas ed  r out i n g pr o t o c ol s  i n  or d er  t o   i n v es t i gat e  i t s  r e l at i v e p er f or m anc e.       R ef er en ces   [1 ]   M ur ad  M ,  et  al .   A  S ur v e y  on  C ur r ent  U n der w at e r   A c o us t i c  S e ns or  N e t w or k  A ppl i c at i on s .   201 5 .   [2 ]   Va rs h n e y   S,   C   Ku m a r,   A   S w ar oop.   Li n ear   s en s or   net w or k s :   A ppl i c at i on s ,   i s s ue s   a nd  m aj or   r es ear c h   t r end s I C om put i ng,   C om m uni c at i o &   A ut o m at i on  ( I C C C A ) ,   2015   I nt er nat i on al   C o nf er enc o n 2015 .   [3 ]   O w oj ai y G ,   Y   S un.   F oc a l   de s i gn  i s s ue s   af f e c t i n t he  de pl oy m ent   of   w i r el e s s   s ens or   ne t w or k s   f or   pi pe l i ne  m o ni t or i ng .   A d H o c  N et w or k s .   20 13;   11 ( 3) :  123 7 - 12 53.   [4 ]   A l m az y ad A S , e a l A  P r opo s ed S c al a bl e D es i gn a nd S i m u l at i on  of   W i r e l es s  S e ns or  N et w or k - B as e Long - D is t an c W at e r   P i p el i n Leak age M oni t or i ng S y s t em .   S ens or s .   2 014;   14 ( 2) :  35 57 - 35 77 .   [5 ]   J aw har   I ,   N   M oham ed,   L   Z hang.   A   d i s t r i but ed  t op ol o gy   di s c ov er y   al gor i t hm   f or   l i n e ar   s en s or   net w or k s . I C om m u ni c at i o ns   i n C hi na  ( I C C C ) ,  20 12 1 s t  I E E E  I nt er n at i o nal  C onf er enc e on .  2012 .   [6 ]   J aw har  I ,  N   M oham ed,   D P   Ag ra w a l .   Li n ear  w i r el e s s  s ens or   net w or k s :  C l as s i f i c at i o n a nd  a ppl i c at i on s .   J our n al  o f  N et w or k  an d C om p ut er  A pp l i c at i ons .   20 11;   34 ( 5) :  1671 - 1 682.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KO M NI K A     I S S N :  1 693 - 6 930       S c al a bl H e t er og ene ous  N odes  D e pl oy men t  A l g or i t h m f or   ( Muh amm ad Z ahi A bb as )     1191   [7 ]   K i JH ,  e t a l SPAM M S:  a  s e n s o r - b as e d p i pe l i ne  au t onom o us  m on i t or i ng a nd m ai nt en an c s yst e m i C om m uni c at i on S y s t em s  an d N et w or k s  ( C O M S N E T S ) ,  2010 S ec o nd I nt er nat i on al  C onf e r enc e o n.   2010.   [8 ]   L a i  TTT , e t a l T r i op us N et :  aut om at i ng  w i r e l e s s  s en s or  net w or k  dep l oy m e nt   an r ep l ac em ent  i n   pi pe l i ne m on i t or i ng . I P r o c ee di ng s  of  t he 1 1t h i nt er n at i o nal   c onf er en c e on I n f or m at i o n P r o c es s i n g i n   S ens or  N et w or k s .   A C M.   2012 .   [9 ]   N as s i r aei   A A e a l A   N ew   A ppr oac t t he  S ew er   P i pe  I n s pec t i on:   F u l l y   A ut on om ous   M obi l R ob ot   " KAN T AR O " I I EEE I n d u s t ri a l  El e c t ro n i c s ,  I EC O N  2 0 0 6 - 32 n d A nnu al  C on f er en c on .  2006 .   [ 10]   J aw har  I , e t a l A n ef f i c i ent  f r a m ew or k  f or  aut onom ou s  un de r w at er  v e hi c l e e x t en ded  s en s o r  net w or k s   f or  pi p el i n e m oni t or i ng I n R obot i c  an d S ens or s  E n v i r o n m ent s  ( R O S E ) ,  2013 I E E E  I nt er nat i on al   S y m pos i um  on.   2013 .   [ 11]   Y i nhui  X ,  et  al .   A  R eal - t i m e  SAR  Ec h o  Si m u l a t or  B as ed on F P G A  and P ar a l l e l  C om put i n g .   T E LK O M N I K A  ( T el ec om m uni c at i on  C om put i ng E l ec t r oni c s   a nd C ont r ol ) .   2015 ;   13 ( 3) :  8 06 - 812.   [ 12]   S t oi an ov  I , e t a l P I P E N E T :  A  w i r el es s  s en s or  n et w or k  f or  pi pe l i ne m on i t or i ng . I I n f o r m a t ion  P r oc e s s i ng i n S en s or  N et w or k s ,   20 07.  I P S N   200 7.  6t h I nt er n at i on al  S y m p os i um   on.   200 7.   [ 13]   Ki m   J , e a l S ew er S n or t :   A   dr i f t i n s e ns or   f or   i n - s i t s ew er   gas   m oni t or i ng I S ens or ,   M es an A d   H oc  C om m un i c at i on s  an d N et w or k s ,  2009 .  S E C O N ' 09.  6t h  A nnual  I E E E  C o m m u ni c at i o ns  S oc i et y   C onf er en c e o n .  2009 .   [ 14]   M ille r  B ,   D   R o we .   A  s ur v ey  S C A D A  of  and c r i t i c al  i nf r a s t r u c t ur e i n c i de nt s . I P r oc e edi ngs  of  t he 1s t   A nnual  c o nf er e nc e  on R es e ar c h i n i n f or m at i o n t e c hn ol o gy .   AC M .  2012 .   [ 15]   Y oon  S ,   et   al .   S W A T S :   W i r e l e s s   s en s or   ne t w or k s   f or   s t ea m f l ood  a nd  w at er f l o od  p i pel i ne m oni t or i ng .   Ne t wo r k ,   I EEE.  2 0 1 1 ;   25 (1 ):  5 0 - 56.   [ 16]   S un X , e t a l A  new  r out i ng a l gor i t hm  f or  l i ne ar  w i r el e s s   s e ns or  ne t w or k s . I P er v as i v e C om put i n g   and A p pl i c at i on s  ( I C P C A ) ,  20 1 1 6t h I nt er nat i ona l  C onf er en c e  on.   2 011.   [ 17]   J aw har  I ,  et  al .   A n E f f i c i ent  F r am ew or k  and N e t w or k i ng  P r ot oc o l  f or  Li near   W i r el es s  S ens o r   N et w or k s .   A dh oc  &  S ens or   W i r el es s  N et w o r k s .   20 09;   7 .   [ 18]   Sh o k ri  R ,  N   Y az dani ,   A   K h ons a r i .   C hai n ba s ed a non y m ous   r out i n g f or  w i r el e s s  ad  hoc   ne t w or k s . I P r oc ee di n gs  o f  t h e 4t h  I E E E  C ons u m er   C o m m uni c at i on s  an d  N et w or k i ng C o nf er e nc e  ( C C N C ) .   2007 .     [ 19]   C hen  C W ,   Y  W a ng.   C hai n - T y pe  W i r el e s s   S e ns or   N et w or k   f or   M oni t or i ng  Long   R ang I nf r as t r u c t ur es :   A r c hi t ec t ur e an d P r ot o c ol s .   I nt er nat i on al  J our n al  of  D i s t r i b ut ed S e ns or  N e t w or k s .   20 08 ;   4 (4 ):  2 8 7 - 314.   [ 20]   F er nan dez   J D,   AE   F er nan d ez .   S C A D A  s y s t em s :  v ul ne r abi l i t i e s  and r e m e di at i on.   J our nal   of   C om put i ng S c i enc es   i n C ol l eg es .   2 005;   20 ( 4) :  16 0 - 16 8.   [ 21]   Ta r i q   A K A T   Z i y ad,   A O   A bdul l a h.   W i r e l e s s   s en s or   net w or k s   f or   l ea k ag det e c t i on  i u nder gr o und   p i p el i n es :  a   s ur v ey   p aper .   P r o c edi a C om put er  S c i en c e.  2 01 3;   21 :  491 - 498.   [ 22]   B u t ku s J,  L   Ja ke v i č i u s,   O  T u mšy s.   A n ac ou s t i c  m et h od of  det er m i nat i on of  l e ak age c oo r di nat es  i n   gas  pi pe l i n es .   A r ch i ve s o f  A co u st i cs .   201 4;   23 ( 4) :  533 - 5 40.   [ 23]   Li ngy a M , e t a l A c ous t i c   p r opaga t i o c har ac t er i s t i c s ,  p os i t i on m oni t or i n g and l oc at i ng of  ga s   t r ans m i s s i on p i pe l i n e l e ak a ge .   N at ur al  G as  I ndu s t r y .   20 10;   11 :  23.   [ 24]   M ahf ur dz   A e a l .,  D i s t i ngu i s S ea   T ur t l a nd  F i s U s i ng   S ound  T ec hni que   i D es i gni n A c o us t i c   D et er r ent  D ev i c e .   T EL KO M N I KA  ( T el ec om m uni c at i on  C o m put i ng  E l e c t r on i c s  a nd C o n t r ol ) .   2015 ;   13 ( 4) :  1305 - 131 1.   [ 25]   A k y ild iz   I F , D   P om pi l i ,   T  M el odi a.   U nd er w at er  ac o us t i c   s en s o r  net w or k s :  r es e ar c h c h al l eng e s .   A d  H oc   Ne t wo r k s .   20 05;   3 (3 ):  2 5 7 - 27 9.   [ 26]   W ang  P ,  C   L i J   Z hen g.   D is t r ibu t e d   mi n i mu m - c os t   c l us t er i n pr ot o c ol   f or   u nder w at er   s en s or   net w or k s   ( UW S Ns ) I C o m m uni c at i on s ,  2007.  I C C ' 07.  I E E E  I nt er n at i o nal  C on f er e nc on.   2007 .   [ 27]   D om i n go M C ,   R   Pri o r.   A  di s t r i but e d c l us t er i n g s c hem f or   under w at er  w i r e l es s   s en s or  n et w or k s . I P er s on al ,  I nd o or   a nd  M obi l e   R adi C o m m uni c at i on s ,   2 007 .   P I M R C   2007.   I E E E   1 8t I nt er nat i ona l   S y m pos i um  on.   2007 .   [ 28]   A ya z M ,   A   A bdul l ah.   H op - by - ho dy nam i c   addr es s i n g   bas e ( H 2 - D A B )   r out i ng  p r ot oc ol   f or   under w at er  w i r el es s  s e ns or  n et w or k s . I I nf or m at i o and M ul t i m edi T ec h nol ogy ,  200 9 .  I C I M T ' 09.   I nt er na t i o nal  C o nf er e nc e on.   2 009.   [ 29]   M oham ed N e t a l R e l i a bi l i t y  A nal y s i s   of  Li n ear  W i r el es s   S ens or   N et w or k s . I N et w or k  C om put i n g   and A p pl i c at i on s  ( N C A ) ,  20 13  12t h I E E E   I nt er nat i ona l  S y m p os i u m  o n.   2 013.   [ 30]   M oham ed N ,  et  a l .   S e ns or   net w or k  ar c hi t ec t ur es   f or  m oni t or i ng un der w at er  pi p el i nes .   Se n s o rs .   2 011 ;   11 ( 11) :  107 38 - 1 0764 .   [ 31]   J aw har   I,  e a l A   r ou t i ng pr ot oc ol  and addr e s s i ng s c hem f or   oi l ,  ga s ,   an w at er   p i pe l i n e m oni t or i ng   us i n w i r el e s s   s en s or   net w or k s I W i r el es s   and  O pt i c al   C om m un i c at i o ns   N et w or k s ,   20 08 .   W O C N ' 08.  5 t h I F I P  I nt er nat i on al  C onf er en c e o n.   2 008 .         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.