I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m p ute E ng in ee ring   ( I J E CE )   Vo l.   9 ,   No .   4 A u g u s t   201 9 ,   p p .   3 1 3 9 ~ 3 1 4 5   I SS N:  2088 - 8708 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j ec e . v 9 i 4 . p p 3 1 3 9 - 3145           3139       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s co r e . co m/ jo u r n a ls /in d ex . p h p / I JE C E   MG - l ea ch   a en ha nced   lea ch   pro toco l f o r     w ireless  senso r ne tw o rk       H icha m   O u ldzira 1 H a j a L a g ra ini 2,   Ah m ed  M o uh s en 3 M o s t a f a   Chhi ba 4 ,   Abdel m o u m e n T a by a o ui 5     1,   3 L ab o r ato r y   o f   Me ch a n ical,   E n g i n ee r i n g ,   I n d u s tr ial  Ma n a g e m en t a n d   I n n o v atio n   th e   Fac u lt y   o f   Scie n ce s   an d   T ec h n o lo g y ,   Ha s s a n   1 s U n iv er s it y ,   Mo r o cc o   2,   4,   5 R ad iatio n   Ma ter ials   a n d   I n s tr u m e n tat io n s   L ab o r ato r y   t h Facu lt y   o f   Scie n ce s   a n d   T ec h n o lo g y ,   Hass a n   1 s t   Un iv er s it y ,   Mo r o cc o         Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Sep   1 9 ,   2 0 1 8   R ev i s ed   Mar   2 3 ,   2 0 1 9   A cc ep ted   A p r   3 ,   2 0 1 9       A   w irel e ss   se n so n e tw o rk   is  m a d e   u p   o f   a   larg e   n u m b e o f   s m a ll   se n so n o d e w it h   li m it e d   e n e rg y   re s o u rc e s,  w h ich   is  a   re a p ro b le m   f o th is  n e tw o rk .   In   t h is  a rti c le,  w e   w il stu d y   th e   in g e stio n   o f   n o d e   e n e r g y   in   th e se   n e tw o rk a th e   ro u ti n g   lev e l.   In   a d d it i o n ,   w e   a re   m o d ify in g   o n e   o f   th e   m o s t   p o p u lar  ro u ti n g   a lg o rit h m f o d a ta  c o m m u n ica ti o n   in   th e   W S N:  L E A CH   (A d a p ti v e   Hie ra r c h y   w it h   L o w   P o w e Co n su m p ti o n ).   T h e   m o d if i e d   v e rsio n   o f   th e   L EA CH  b a se   v e rsio n   " M G _ L E A CH "   u se a n   in term e d iate   c lu ste h e a d e to   tran sm it   d a ta,  e x ten d   t h e   n e tw o rk   li f e ti m e   a n d   se n d   m o re   d a ta  th a n   th e   o rig in a p ro t o c o l.   O u p r o p o s e d   a lg o rit h m   is  si m u late d   u sin g   M AT LAB   to   v e rify   th e   e ff e c ti v e n e ss   o f   im p ro v in g   th e   li f e ti m e   o f   th is  n e tw o rk .   T h e   re su lt o f   th e   si m u latio n   c o n f ir m e d   th a th e   s y ste m   w a s   w o rk in g   b e tt e r   th a n   t h e   L EA CH b a sic   s y ste m   a n d   th a t   th e   n e tw o rk   li f e   h a d   b e e n   i m p ro v e d .     K ey w o r d s :   E n er g y - e f f ic ie n t   Net w o r k s L E AC p r o to co l   W ir eless   s en s o r     Co p y rig h ©   2 0 1 9   In stit u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   Al rig h ts re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Hich a m   O u ld zir a ,   L ab o r ato r y   o f   Me c h a n ical,   E n g in ee r i n g ,   I n d u s tr ial  Ma n a g e m en t a n d   I n n o v atio n ,     T h Facu lt y   o f   Scie n ce s   a n d   T ec h n o lo g y ,   Hass a n   1 s t U n iv er s i t y ,   P B o x   5 7 7 ,   Settat,  Mo r o cc o .   E m ail:  o d zir a@ y ah o o . f r       1.   I NT RO D UCT I O N     E n er g y - e f f ic ie n w ir ele s s   s en s o r   n et w o r k s   [1 - 3]   as  s h o w n   in   F ig u r 1   ar r eq u ir ed   f o r   r ea l - ti m e   e m b ed d ed   s y s te m s   [4 ,   5 ]   an d   ap p licatio n s   u s i n g   t h I n ter n et   o f   T h in g s   [ 6 ,   7] ,   b u it  is   as s o ciate d   w it h   m a n y   co n s tr ain ts ,   s u c h   as  co m p u tin g   p o w er   an d   li m ited   b atte r y ,   a s   w ell  as  a n   in s u f f icie n t   s to r ag ca p ac it y .   I is   th er ef o r ess e n tial  to   m a n ag r eso u r ce s   w it h   ca u tio n .   A   p r o b le m   o f   m aj o r   im p o r tan ce   f o r   W SN  is   to   m ax i m ize  n e t w o r k   li f eti m e,   w h ic h   is   r elate d   to   th a m o u n t   o f   e n er g y   s to r ed   in   ea c h   n o d e   [ 8 ] .   I n   m o s t   ap p licatio n s ,   th s en s o r   n o d es  ar eq u ip p ed   w i th   s m all  ir r ep lace ab le  b atter ies  o f   li m ited   p o w er   ca p ac it y   [9 ,   1 0 ] .   I n   th is   co n te x t,  v ar io u s   r esear ch e s   h av e   b ee n   d ev o ted   to   o p ti m izi n g   t h en er g y   co n s u m p tio n   o f   th s e n s o r   n o d in   o r d er   to   in cr ea s th li f eti m o f   t h n et w o r k   [ 1 1 ] ,   n a m el y   th at  it  i s   co m p o s ed   o f   f o u r   m ai n   u n it s ,   s u ch   a s   t h ca lc u l atio n   o r   p r o ce s s in g ,   co m m u n i ca t io n ,   p er ce p tio n   an d   co n tr o l   o f   en er g y   a s   s h o w n   in   Fi g u r 2.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  9 ,   No .   4 A u g u s t   201 9   :   3 1 3 9   -   3145   3140       Fig u r 1 .   W SNs '   co m m u n icati o n   ar ch itect u r e   [ 1 2 ]           Fig u r 2 A r ch itectu r o f   s en s o r   n o d e       T h lim i ted   p o w er   o f   th s e n s o r   n o d es  r eq u ir es  th d esig n   o f   co m m u n icat io n   p r o to co th at  s a v es   en er g y .   Mo s o f   t h co m m u n i ca tio n   p r o to co ls   p r o p o s ed   im p r o v en er g y   e f f icien c y .   T h is   ca n   b ex p lo ited   at   th n et w o r k   la y er   to   i m p r o v e   t h is   en er g y   ef f ic ien c y   a n d   b an d w id t h   r eq u ir e m en t s   [ 1 3 ,   1 4 ] .   Data   ag g r eg a tio n   is   also   an   i m p er ativ p ar ad ig m   f o r   co n d en s in g   d ata.   A s   r es u lt,  th e n er g y   o f   t h n et w o r k   is   s p en ef f icie n tl y   w it h o u lo s in g   t h ac cu r ac y   o f   th f i n al  ag g r eg ated   d ata.   T h er ar m a n y   p r o to co ls   lik DD   [ 1 5 ] ,   SP I N   [ 1 6 ] ,   S A R   [ 1 7 ] ,   T E E N   [ 1 8 ] ,   L E AC H   [ 1 9 ] ,   th n et w o r k   lif e ti m a ch iev ed   b y   FS E P - P SO R co u ld   b in cr ea s ed   b y   n ea r l y   3 8 %,  4 5 %,  an d   6 0 m o r e   th a n   th at   o b tain ed   b y   P E GA SIS,   L E AC a n d   s tab l elec tio n   p r o to co clu s ter i n g   ( SEP ) ,   r esp ec tiv el y   [ 2 0 ] .   GA E E P   s h o w s   t h at  o u t p er f o r m   in   th f ie ld   o f   to tal  e n er g y   co n s u m p tio n   w it h   v ar io u s   c y cle s   a n d   n e t wo r k   li f eti m e,   n u m b er   o f   ac ti v n o d es  co m p ar ed   to   th e   n u m b er   o f   r o u n d s   an d   p ac k et  d is tr ib u tio n   o r   p ac k et  d r o p   r ate,   also   ab le  to   b alan c clu s ter   h ea d lo ad   [ 2 1 ] ,   T h L E AC P r o to co is   m ai n l y   u s ed   f o r   h o m o g e n e o u s   s e n s o r   n et w o r k s   w it h   t h s a m i n itia en er g y ,   a n d   SEP   is   u s ed   f o r   h eter o g e n eo u s   s e n s o r   n et w o r k s   w it h   d if f er en i n itial  e n er g ies   [ 2 2 ]   etc.   I n   th is   ar ticle,   w ch o o s to   u s th L o w er   E n er g y   A d ap tin g   C lu s ter   Hie r ar ch y   ( L E AC H)   p r o to co   Fig u r 3 .   I n   ad d itio n ,   it  u s e s   th co n ce p o f   r o u n d s   ( p er io d )   in   w h ic h   n o d es  ar o r g an ized   in to   cl u s ter s   an d   u s e s   cl u s ter   h ea d s   as  p er m an e n ac t iv n o d es  at  ea ch   tu r n .   T h is   p r o to co th er ef o r r ed u ce s   e n er g y   co n s u m p tio n   [ 23 ] .   I n   f ac t,  s ev er al   i m p r o v e m e n t s   h av e   b ee n   m ad to   t h is   p r o to co in   o r d er   to   f u r th er   ex te n d   t h li f eti m o f   th n et w o r k   a n d   s i m u ltan eo u s l y   s en d   a   m ax i m u m   o f   p ac k e ts   u s i n g   t h e   p o s itio n   o f   th cl u s ter   h ea d s   a n d   th b ase  s tat io n .           Fig u r 3 .   Hiea r ch ical  a r ch itect u r o f   w ir eless     s en s o r   n et wo r k       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2088 - 8708       MG - lea ch :     a n   en h a n ce d   le a c h   p r o to co l fo r   w ir eless   s en s o r   n etw o r ( Hich a Ou ld z ir a )   3141   2.   RE L AT E WO RK   2 . 1 .     L ea ch  pro t o c o l   T h L E AC p r o to co l a s s u m e s   th eq u a lit y   o f   t h r esid u al  e n er g ie s   o f   t h s e n s o r s   at  t h b eg in n i n g   o f   th o p er atio n   o f   th n et w o r k .   T h s er v ice  lif o f   th n et w o r k   is   t h en   s eg m e n ted   in   r o u n d s   ch ar ac ter ized   b y   a   ch o ice  o f   C H.   E ac h   c y cle  h a s   t w o   p h ases t h s et - u p   p h ase   an d   th s tead y   s tate  p h ase .   T h s et - up   p h ase  is   co m p o s ed   o f   t h r ee   s u b - p h a s es : a n n o u n ce m e n t,  o r g an izatio n   o f   th g r o u p   an d   f i n all y   p lan n i n g .     2 . 1 . 1 .   Anno un ce m ent   p ha s e   B ef o r lau n c h in g   t h is   p h a s e,   w w a n to   s h ed   li g h o n   C H.   T h n u m b er   o f   C is   co n s t an d u r in g   all  t u r n s ,   I ts   e s ti m ated   o p ti m al  p er ce n tag e   s h o u ld   b b et wee n   5 %   an d   1 5 %   o f   th e   to tal   n u m b er   o f   n o d es,  o th er w is it  w il l c au s g r ea d is s ip atio n   o f   e n er g y   i n   th n e t w o r k .   I n   f ac t,  i f   t h n u m b er   o f   C i s   v er y   h i g h ,   w w ill  h a v lar g n u m b er   o f   C n o d es  d ev o t ed   to   v er y   ex p en s iv e   tas k s   in   en er g y   r es o u r ce s .   Ho w ev er ,   w e   w ill   h av co n s id er ab le  en er g y   d is s ip at io n   i n   t h n et w o r k .   Mo r eo v er ,   if   th n u m b er   o f   C is   v er y   s m all,   th e y   w il m a n ag lar g g r o u p s .   As  r esu lt ,   th e y   w il q u ic k l y   r u n   o u d u to   th i m p o r ta n t ask   t h e y   ar s u p p o s ed   to   p er f o r m .   T h is   p h a s b eg i n s   w it h   t h an n o u n ce m en o f   th n e w   c y cle  b y   t h lo ca d ec is io n   o f   n o d th at  ca n   b ec o m C w it h   ce r tain   p r o b ab ilit y   P ( t)   at  th b eg in n i n g   o f   th c y cle  o f   r   1 ,   w h ich   b e g in s   at  ti m t.  E ac h   n o d h as a   r an d o m   n u m b er   b et w ee n   0   an d   1 .   I f   t h is   n u m b er   is   les s   t h a n   P ( t) ,   th n o d w il b ec o m e   C H   d u r in g   t h t u r n   r   +   1 .   P ( t)   is   ca lcu lated   as  f u n ctio n   o f   an d   t h tu r n   r ,   g iv e n   b y   f o r m u la  ( 1 ) ,   w h er is   th to tal  n u m b e r   o f   n o d es  in   th n e t w o r k .   I f   w h a v n o d es  an d   C Hs,  th e n   it  w i ll  ta k     r o u n d s   d u r i n g   w h ich   n o d m u s b elec ted   o n l y   o n ce   as  m u c h   as C b e f o r th r o u n d   is   r eset to   0 .   So   th p r o b ab ilit y   o f   b ec o m in g   C f o r   ea ch   n o d is     Pi ( t ) = { K N k ( r   mod   N k )       if Ci ( t ) = 1                                                             1                   ( t ) = 0   ( 1 )     W ith   C i ( t) : t h n o d elig ib ili t y   to   b C at  ti m t .   W h er C i   ( t)   is   eq u al   to   0   i f   th e   n o d i   h a s   alr ea d y   b ee n   C d u r in g   o n o f   t h p r ev io u s   r o u n d s ,   an d   is   eq u al  to   1   o th er w is e.   T h e r ef o r e,   o n ly   n o d es  t h at  h a v n o y et  b ee n   C ar li k el y   to   h a v s u f f icien r esid u al  en er g y   r elati v to   o th er s   th at  t h e y   ca n   b s elec ted .   F ig u r e. 4   p r esen t t h p r o to co l L E AC f lo w c h ar t           Fig u r 4 .   L E A C p r o to co l f lo w c h ar t       2 . 1 . 2 .   O rg a niza t io n pha s e   Af ter   n o d is   elec ted   C H,   it  m u s i n f o r m   t h o th er   s e n s o r   n o d es  o f   its   n e w   r a n k   i n   t h cu r r en t   r o u n d .   Fo r   t h is ,   a n   " ADV"   w ar n in g   m e s s a g co n tain in g   th id e n ti f ier   o f   t h C i s   b r o ad ca s to   all  o t h er   n o d es  u s in g   t h C SM A   M AC   p r o to co to   av o id   co llis io n s   b et w ee n   t h C Hs.  B r o ad ca s tin g   en s u r e s   th a al l   n o d es  h av e   r ec eiv ed   t h e   m e s s ag e.   Mo r eo v er ,   i e n s u r es  th at  th e   n o d es  b elo n g   to   t h e   C th a r eq u ir es   t h e   m i n i m u m   e n er g y   f o r   co m m u n icatio n .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  9 ,   No .   4 A u g u s t   201 9   :   3 1 3 9   -   3145   3142   T h d ec is io n   is   t h er e f o r b ased   o n   th a m p lit u d o f   t h r ec e iv ed   s i g n alb y   t h C w it h   t h e   s tr o n g e s t   s ig n al,   t h at  is   to   s a y   t h n ea r est  w il b ch o s en .   I n   t h e v en o f   s i g n al  eq u alit y ,   o r d in a r y   n o d es  r a n d o m l y   s elec th eir   C H.   E ac h   m e m b e r   in f o r m s   h i s   h er   C o f   h is   d ec is io n .   On ce   t h C h a s   r ec eiv ed   th r eq u est,   it sen d s   a n   ac k n o w led g m e n m es s ag " J o in -   R E Q" .     2 . 1 . 3 .   P la nn ing   ph a s e   Af ter   g r o u p   f o r m at io n ,   ea ch   C ac ts   a s   lo ca co m m a n d   ce n ter   to   co o r d in ate  d ata  tr an s m i s s io n s   w it h i n   it s   g r o u p .   I cr ea tes  T DM A   s ch ed u ler   an d   ass ig n s   e ac h   m e m b er   n o d ti m s lo d u r in g   w h ic h   it  ca tr an s m it  i ts   d ata.   T h s et  o f   s l o ts   ass i g n ed   to   th n o d es  o f   g r o u p   is   ca lled   f r a m e.   T h d u r atio n   o f   ea c h   f r a m e   d if f er s   ac co r d in g   to   t h n u m b er   o f   m e m b er s   o f   t h g r o u p .   I n   ad d itio n ,   to   m i n i m ize  in t er f er en ce   b et w ee n   tr an s m is s io n s   i n   ad j ac en t   g r o u p s ,   ea ch   C H   r an d o m l y   ch o o s e s   co d f r o m   li s t o f   C DM p r o p ag atio n   co d es.  I t th en   tr a n s m it s   it to   its   m e m b er s   f o r   u s i n   th e ir   tr an s m i s s io n s ,   h e n ce   t h n e x t p h a s is   t h a t o f   tr an s m i s s io n     2 . 1 . 4 .   T ra ns m is s io n p ha s e   I n   t h is   s ec o n d   p h ase,   th e   d ata  tr an s f er   w ill   tak e   p lace   to   th e   B S.  Us in g   th e   T DM A   s ch ed u ler ,   m e m b er s   e m it  t h eir   ca p tu r ed   d ata  d u r in g   t h eir   o w n   s lo ts .   T h is   allo w s   t h e m   to   tu r n   o f f   t h eir   co m m u n icat io n   in ter f ac e s   o u ts id e   o f   th eir   s lo t s   to   s av e   t h eir   e n er g y .   T h ese  d ata  ar th e n   a g g r eg ated   b y   t h C Hs   t h at  m er g e   an d   co m p r ess   t h e m ,   a n d   s en d   th f in al  r es u lt  to   Si n k .   Af ter   p r ed eter m in ed   ti m e,   t h n et w o r k   w i ll  m o v to   n e w   r o u n d .   T h is   p r o ce s s   is   r ep ea ted   u n til  all  n o d es  in   th n et w o r k   ar elec ted   C o n ce ,   all  th r o u g h   th e   p r ev io u s   r o u n d s .   I n   th is   ca s e,   t h r o u n d   is   r ese t to   0 .   I n   th is   w o r k ,   w i m p le m e n an   en er g y   m o d el  th at  co v er s   b o th   tr an s m i s s io n   a n d   r ec ep tio n   co m m u n icatio n s .   T h is   is   r a d io   m o d el  u s ed   in   t h s i m u l atio n   o f   t h L E AC a n d   M G - E AC p r o to co ls   s h o w n   i n   f o r m u las ( 2 ) ,   ( 3 )   an d   ( 4 ) .   T h u s ,   to   tr a n s m it a   m e s s a g o f   s ize  S ( b its )   o v er   d i s ta n ce   ( m eter s ) ,   t h e   tr an s m itter   co n s u m e s :     ET x = { S E e lec + S E el D ²   ; D < D th r e s h o ld S E e lec + S E el D 4   ; D D th r e s h o ld     ( 2 )     D th r e s h o ld = Ee l Em c   ( 3 )     W ith   : E elec =5 0 * 1 0 - 9 J       ,       E e l=9 . 6 7 * 1 0 - 1 2 J   ,   E m c= 1 . 3 * 1 0 - 1 5 J     D t hr es ho l d 86   T h en er g y   co n s u m ed   at  t h r ec ep tio n   lev el  i s   ca lcu lated   as  f o llo w s :     E Rx = S E el ec   ( 4 )     Am o n g   t h d i s ad v a n tag e s   o f   L E AC p r o to co is   t h r ed u ct io n   o f   t h e n er g y   o f   t h n o d es,   th is   d ec r ea s is   d u to   t h u s o f   s i n g le  j u m p   co m m u n icatio n   in s tead   o f   m u l ti - h o p   co m m u n icat io n .   E v en   if   th e   li f eti m o f   th e   n et w o r k   is   m o r t h an   o t h er   p r o to co ls   s u c h   as   p lan m u ltip at h   r o u tin g ,   it  s til h a s   s o m d r a w b ac k s .   T h clu s te r - h ea d   co m m u n icate s   d ir ec tl y   w it h   th s i n k   w h ich   ca u s es   s o m p r o b le m s .   Firstl y ,   i f   t h e   s i n k   i s   f ar   f r o m   t h cl u s ter - h ea d ,   it  w ill   b i m p o s s ib le  to   co m m u n icate   w it h   i t.  Seco n d l y ,   e v en   i f   th s in k   i s   r ea ch ab le  b y   t h c lu s ter - h ea d ,   th n ec es s ar y   e n e r g y   to   tr a n s m it   d ata  w ill  b v er y   h i g h .   T h u s ,   th e   en er g y   co n s u m p tio n   o f   t h n et w o r k   w i ll in cr ea s e.   T h er ef o r e,   th li f ti m o f   t h n et w o r k   w ill   b af f ec ted .       3.   P RO P O SE P RO T O CO L     Ou r   co n tr ib u tio n ,   i n   t h i s   p ap er ,   is   an   i m p r o v ed   L ea ch   p r o to co ca lled   MG - L E A C H   [ 1 ] .   I n   f ac t,   I n   MG - L E A C H,   d ep lo y ed   n o d es  ar d iv id ed   in   to   S u b   Gr o u p s   ( G1 …. Gk )   d ep en d i n g   u p o n   th eir   lo ca tio n s .   Nu m b er   o f   g r o u p s   ar m a in l y   d ep en d s   u p o n   No d d en s it y .   T h ese  g r o u p s   ar cr ea ted   b y   t h B ase - Stat io n   at   th ti m e   o f   d ep lo y m e n a n d   af ter   ev er y   x   r o u n d s .   T h is   i s   a n   ad d itio n al   s tep   u s ed   i n   o u r   p r o p o s ed   alg o r ith m   b ef o r s et u p   p h ase   an d   s tead y   s tate  p h ase  a n d   k n o w n   as  Set  b u i ld in g   p h ase. MG - L E AC co n s i s ts   o f   th r ee   s tep s ,   t h b u ild   p h a s i s   u s ed   a t d ep lo y m e n t ti m a n d   af ter   ea ch   " x "   r o u n d s   p er   B S,  an d   t h r e m ain in g   t w o   ar th s a m as t h o s u s ed   in   L E AC s u ch   a s   th I n s talla tio n   P h asean d   s tead y   s tate  p h a s e.   A t   t h b eg in n i n g   o f   s et u p   p h ase,   ea c h   n o d c h o s a   r an d o m   n u m b er   f r o m   ze r o   to   o n e   a n d   co m p ar es it  to   t h r esh o ld   P i( T )   ,   w h ic h   is   ca lc u lated   as  f o ll o w :     Pi ( t ) = { K N k ( r   mo d   N k ) x [   ] 2 if Ci ( t ) = 1                                                             1                   ( t ) = 0   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2088 - 8708       MG - lea ch :     a n   en h a n ce d   le a c h   p r o to co l fo r   w ir eless   s en s o r   n etw o r ( Hich a Ou ld z ir a )   3143   W h er is   th d esire d   p er ce n tag o f   C Hs,  r   is   th cu r r e n r o u n d ,   C i( t)   is   th s et  o f   n o d e s   th at  h a v e   n o b ec o m C i n   last   N k   r o u n d s   ,   [ Ei Es ] ²     is   th n o d e’ s   en er g y   d ev id ed   b y   in i tial  en er g y   to   s ele ct  th n o d e   h av i n g   h i g h est le v el  o f   r es id u a l e n er g y .     A t h ti m o f   r an d o m   n o d d ep lo y m e n ts ,   ea ch   n o d is   eq u i p p ed   w it h   GP m o d u le  th a s en d s   t h e   lo ca tio n   in f o r m at io n   o f   th at  n o d d ir ec tly   to   t h B S.   T h B w ill  u s t h i n f o r m atio n   p r o v id ed   f o r   ea ch   p h a s o f   co n s tr u ctio n   o f   t h s e t.  As i t h as b ee n   d o n o n l y   o n c a n d   th er ef o r it d o es n o t c o n s u m e   to o   m u ch   e n er g y .   Set  u p   p h ase  an d   s tead y   s tate  p h ase  is   s a m as  u s ed   in   L E AC an d   w o r k s   in   e v er y   g r o u p   s ep ar atel y .   T h ese  g r o u p s   d o   n o w o r k   s i m u lta n eo u s l y   b u t o n   al ter n ate  b asis   e. g .   o n at  ti m a s   p er   s et  d u t y   c y cle  b y   B S.  I f   Net w o r k   co m p r is ed   b y   Su b   Gr o u p   G1   is   w o r k in g   No d es  o f   S u b   Gr o u p   G2   w ill   b in   s l ee p   s tate.   T h d u t y   c y cle  is   s et  b y   B at  t h ti m o f   Se tb u ild i n g   p h ase.   Mi n i m u m   g r o u p   o f   n o d es  co n s t r u ct  at  th t i m o f   d ep lo y m en t i s   t w o   b u m ai n l y   d ep en d s   u p o n   n o d d en s it y   i n   th en t ir n et w o r k .   W h av s i m u lated   t h MG - L E A C an d   f in d   it  m u ch   m o r e f f icie n t h an   L E AC H.   W h av e   ch ec k ed   t h p er f o r m a n ce   b y   t ak in g   d i f f er e n i n itial  e n er g y   o f   d ep lo y ed   n o d es  al s o   w it h   d if f er en v al u o f   p .   MG - L E AC i s   p er f o r m ed   m u ch   b ett er   t h a n   L E AC a s   i n cr ea s ed   Net w o r k   li f eti m co n s id er ab ly .   W ca n   u s th is   p r o p o s ed   alg o r ith m   w it h   an y   v ar ian b ased   o n   L E AC H   in   w h ich   s et  t h r esh o ld   h as  b e en   m o d i f ied   eith er   b y   ad d r ess i n g   th s h o r tco m i n g s   in   t h f o r m   o f   co n s id er in g   r e s id u al  e n er g y   a s   w ell  a s   o t h er   p ar am eter s .       4.   SI M UL AT I O N S AN R E S UL T S   I n   th i s   s ec tio n ,   w ar g o in g   t o   u s s i m u latio n   to   ev alu a te   an d   an al y ze   o u r   p r o to co l.  W s i m u late    MG - L E AC alo n g   w it h   L E AC al g o r ith m   i n   M A T L A B   to   s et  u p   co m p ar ativ a n al y s is   b o th   f o r   L E A C H   an d   MG - L E A C H.   F o r   t h e x p er im e n t,  th e   r an d o m   n e t w o r k   o f   3 0 0   No d es  is   u s ed .   T h B ase - Statio n   w a s   p lace d   in   ce n tr L o ca tio n   w i t h   d i m e n s io n   ( x =1 0 0 ,   y =1 0 0 ) .   T h b an d w id th   o f   t h ch a n n el   w a s   s et  to   1   Mb p s .   E ac h   d ata  m es s a g w a s   4 0 0 0   b y tes   lo n g   w i th   h ea d er   p ac k et  w h ich   is   2 5   b y tes   lo n g .   T h r ad io   elec tr o n ics  en er g y   w a s   s et   to   5 0   n J /b it  a n d   th e   r ad io   tr an s m itter   e n er g y   E j s   Set  t0   1 0 0 p J / b it/ m ²  f o r   d is tan ce s   les s   t h a n   8 7 m   a n d   0 . 0 0 1 3 p J /b it/m 4   f o r   d is tan ce s   g r ea ter   th a n   8 7 m .   T h en er g y   f o r   p er f o r m in g   C o m p u tat io n s   to   ag g r e g ate  d ata  w a s   s e to   5   n J /b it/s i g n al.   I n   o r d er   to   g et   i m p r o v ed   an d   q u ite  ac c u r at co m m en t s   o f   th e   alg o r ith m ,   w e s tab lis h   t h s a m s i m u latio n   s ce n 3 0   ti m es  an d   th ta k e n   r es u lt  i s   t h av e r ag o f   t h co n ta i n   o u tp u ts .   Fo r   en er g y   m o d el,   we  ass u m t h at  ea c h   n o d b eg i n s   w it h   eq u al   en er g y   a n d   an   u n li m ited   a m o u n o f   d ata  to   s en d   to   th b ase  s ta tio n .   On ce   n o d r u n s   o u o f   e n er g y ,   co n s id er ed   as  d ea d   n o d e   an d   ca n   n o   lo n g e r   tr an s m it  o r   r ec eiv d ata.   T h v alv o f   x   u s ed   in   s et  b u ild i n g   p h ase  is   tak e n   as  2 0 . I n itial  en er g y   f o r   e ac h   n o d u s ed   i n   s i m u latio n   is   s e to   0 . 5   J o u le,   w h ile  th e x p er i m e n is   r ep ea ted   w it h   2   J o u le  b o th   f o r   L E A C an d   p r o p o s ed   MG - L E AC H.     T h m ai n   o b j ec tiv o f   MG - L E AC is   to   p r o lo n g   t h n et w o r k   li f ti m b y   u t ilizi n g   r ed u n d an t n o d es    d ep lo y ed   i n   W SN.  As  th e   p r o p o s ed   alg o r ith m   i s   b ased   u p o n   t h f r a m w o r k   o f   L E AC s o   th e   tea m   r o u n d   is   u s ed   f o r   ea ch   o f   t h co n s ec u tiv p er io d s   i n   w h ich   th s e n s o r   n o d es  p er f o r m p r ed ef in ed   co n s tan t   w o r k .   Fo r   ex a m p le,   i n   ea ch   r o u n d ,   e v er y   s e n s o r   n o d f o r w ar d s   4 0 0 0   b its   o f   d ata  t o   its   cl u s ter - h ea d .   W p r o v id s u m m ar y   ch ar w h ic h   illu s tr ates  t h v al u es  o f   FND( First  No d Dies)  HND  ( Half   No d Dies)   an d   L ND  ( L as t N o d Dies)  m etr ics v i s u al l y .     Fig u r 5   ill u s tr ates   th s i m u latio n   r esu lt  t h at  d e m o n s tr a te  r elativ b e h av io r   o f   b o t h   d is cu s s ed   alg o r ith m s     w i th   p ar a m eter s   v alu es   n   =3 0 0 ,   p 0 . 1   an d   E 0 = 0 . 5   J .   I d em o n s tr ates  Ali v N o d es  th at  is   ta k e n   a t   y - a x i s   f o r   d if f er en t   ti m s ta m p s   ( R o u n d s )   t h at  i s   ta k e n   o n   x - a x is .   Fi g u r 6   a n d   Fi g u r 7   ill u s tr ate s   t h P icto g r ap h ic  r ep r esen tatio n   o f   C o m p ar a tiv An al y s is   o f   L E AC a n d .   MG - L E AC f o r   d is tr ib u tio n   o f   t h e   aliv s en s o r   n o d es   w it h   r esp ec to   t h n u m b er   o f   r o u n d s   f o r   ea ch   al g o r ith m   w h e n   th e   d ef i n p ar a m eter s   s et  to   n   =3 0 0 ,   p 0 . 0 5 ,   E 0 = 0 . 5   J   an d   n =3 0 0 ,   p 0 . 0 5 ,   E 0 = 2   J   r esp e ctiv el y .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  9 ,   No .   4 A u g u s t   201 9   :   3 1 3 9   -   3145   3144       Fig u r 5.   Gr ap h ical  r ep r esen ta tio n   o f   s i m u latio n   r esu lt s   w h e n   p ar a m eter s   v al u e s   ar s et   to   n   =3 0 0 ,   p 0 . 1   an d   E 0 =0 . 5   J       Fig u r 6.   P icto g r ap h ic  o f   s i m u latio n   d ata  f o r   co m p ar ati v an al y s is   o f   L E AC an d   MG - L E A C w h e n   n   =3 0 0 ,   p 0 . 0 5 ,   E 0 =0 . 5   J             Fig u r e   7 .   P icto g r ap h ic  o f   s i m u latio n   d ata  f o r   co m p ar ativ a n al y s i s   o f   L E AC an d   MG - L E AC w h en     n   =3 0 0 ,   p 0 . 0 5 ,   E 0 = 2   J       5.   CO NCLU SI O N   I n   th i s   p ap er ,   af ter   co n d u ctin g   r esear ch   o n   L E AC p r o to co l,  we   ca m u p   w it h   an   i m p r o v ed   p r o to co ca lled   MG - L E A C H.   I n   f ac t,  t h e   k e y   o b j ec ti v o f   p r o p o s ed   th is   p r o to co is   to   p r o lo n g   th e   li f eti m o f   th w ir e less   s e n s o r   n et w o r k   b y   u tili zi n g   t h co r r elate d   n a tu r o f   d ata  i n s id t h cl u s te r s .   MG - L E AC H   is   b ased   u p o n   th f r a m e w o r k   o f   L E A C p r o to co s o   w al s o   illu s tr ated   in   d etail  t h s h o r tc o m in g   as s o ciate d   w it h   it,  in   ad d itio n   t h p er f o r m an ce   an a l y s is   o f   L E AC h as  b ee n   p er f o r m ed .   I also   co v er s   co m p ar ativ e   an al y s is   o f   en er g y   e f f icie n t M AC   an d   R o u ti n g   p r o to co ls   u s e d   in   W ir eless   Se n s o r   Net w o r k .     W h av i m p le m en ted   o u r   b asic  id ea   u p o n   th f r a m w o r k   o f   L E AC p r o to co an d   c o m p ar at iv e   p er f o r m a n ce   a n al y s i s   h as  al s o   b ee n   p er f o r m ed   b o th   f o r   M G - L E AC a n d   L E AC p r o t o co l.   T h p r o p o s e d   r o u tin g   alg o r it h m   h a s   b ee n   s i m u lated   u s in g   M A T L A B   to   v er if y   t h e f f icien c y   i n   en h a n ci n g   n et w o r k   li f ti m e.   A   cr itical  e v alu a tio n   o f   r o u t in g   al g o r ith m   i s   co n d u cted   t o   d eter m i n th r elev a n ce   a n d   ap p licab ilit y   in   in cr ea s i n g   n e t w o r k   li f ti m e.   Si m u la tio n   r e s u lt s   co n f ir m e d   th at  it   h a s   p er f o r m ed   b etter   th a n   L E A C an d   en h a n ce d   n et w o r k   lif e ti m e.   T h f u t u r r esear ch   i s   n ee d ed   o n   t h s ec u r it y   o f   th is   i m p r o v ed   p r o to co l.       ACK NO WL E D G E M E NT S     T h au th o r s   ar v er y   m u c h   t h an k f u to   th u n a n i m o u s   r e v ie w er s   o f   th p ap er   an d   ed ito r s   o f   th e   j o u r n al  f o r   th eir   co n s tr u cti v a n d   h elp f u l c o m m e n t s   th at  i m p r o v ed   th q u alit y   o f   t h p ap er .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2088 - 8708       MG - lea ch :     a n   en h a n ce d   le a c h   p r o to co l fo r   w ir eless   s en s o r   n etw o r ( Hich a Ou ld z ir a )   3145   RE F E R E NC E S   [1 ]   S .   Du tt ,   G .   Ka u r,   a n d   S .   A g ra w a l,   En e rg y   E ff icie n S e c to r - Ba se d   Clu ste ri n g   P r o t o c o f o He tero g e n e o u W S N,”     in   Pr o c e e d in g o f   2 n d   In ter n a ti o n a C o n fer e n c e   o n   C o mm u n ic a t io n ,   Co m p u ti n g   a n d   Ne two rk in g ,   v o l.   4 6 ,   C.   R .   Krish n a ,   M .   Du tt a ,   a n d   R.   Ku m a r,   Ed s.  S in g a p o re S p rin g e S i n g a p o re ,   p p .   1 1 7 1 2 5 ,   2 0 1 9 .   [2 ]   C.   Zh a n ,   Y.  Ze n g ,   a n d   R.   Z h a n g ,   En e rg y - Eff ici e n Da ta  Co ll e c ti o n   i n   UA V   E n a b led   W irele ss   S e n so Ne tw o rk ,   IEE W ire les s Co mm u n ica t io n L e tt e rs ,   v o l.   7 ,   n o .   3 ,   p p .   3 2 8 3 3 1 ,   Ju n .   2 0 1 8 .   [3 ]   D.  Ca c c iag r a n o ,   R.   Cu lm o n e ,   M .   M ich e letti ,   a n d   L .   M o sta rd a ,   En e rg y - Eff ici e n Clu ste rin g   f o W irele ss   S e n so De v ice in   In tern e o f   T h in g s,”   in   P e rf o rm a b il it y   in   In tern e o f   T h in g s,  F .   A l - T u r j m a n ,   Ed .   Ch a m S p rin g e In tern a ti o n a P u b l ish i n g ,   p p .   5 9 80 ,   2 0 1 9 .   [4 ]   G .   X u ,   W .   S h e n ,   a n d   X .   W a n g ,   A p p li c a ti o n o f   W irele ss   S e n so Ne t w o rk s   in   M a rin e   En v iro n m e n M o n i to ri n g :   A   S u rv e y ,   S e n so rs ,   v o l.   1 4 ,   n o .   9 ,   p p .   1 6 9 3 2 1 6 9 5 4 ,   S e p .   2 0 1 4 .   [5 ]   M .   S u d h e e r,   W irele ss   S e n so Ne tw o rk   f o Disa ste M o n it o ri n g ,   in   W irele ss   S e n so Ne tw o rk s:  A p p li c a ti o n - Ce n tri c   De sig n ,   Y.  K.  T a n ,   E d .   I n T e c h ,   2 0 1 0 .   [6 ]   S .   Be ra ,   S .   M isra ,   S .   K.  Ro y ,   a n d   M .   S .   O b a id a t,   S o f t - W S N:  S o f t w a r e - De f in e d   W S M a n a g e m e n S y ste m   f o Io T   A p p li c a ti o n s,”   IEE E   S y ste ms   J o u rn a l ,   v o l.   1 2 ,   n o .   3 ,   p p .   2 0 7 4 2 0 8 1 ,   S e p .   2 0 1 8 .   [7 ]   M .   P a ra m e s w a ri   a n d   M .   B.   M o se s,  On li n e   m e a su re m e n o w a t e q u a li ty   a n d   re p o rti n g   sy ste m   u sin g   p ro m in e n t   ru le  c o n tro ll e b a se d   o n   a q u a   c a re - IOT ,   De sig n   Au to ma ti o n   f o Emb e d d e d   S y ste ms ,   v o l.   2 2 ,   n o .   1 2 ,   p p .   2 5 4 4 ,   Ju n .   2 0 1 8 .   [8 ]   H.  Na v a rro - He ll ín ,   R.   T o rre s - S á n c h e z ,   F .   S o to - V a ll e s,  C.   A lb a lad e jo - P é re z ,   J.  A .   L ó p e z - Riq u e lm e ,   a n d   R.   Do m in g o - M ig u e l,   A   w irele ss   se n so rs  a rc h it e c tu re   f o e f f icie n irri g a ti o n   w a ter  m a n a g e m e n t,   Ag ri c u lt u ra l   W a ter   M a n a g e me n t ,   v o l.   1 5 1 ,   p p .   6 4 7 4 ,   M a r.   2 0 1 5 .   [9 ]   D.  Jia n g ,   Z.   Xu ,   a n d   Z.   L v ,   A   m u lt ica st  d e li v e ry   a p p ro a c h   w it h   m in im u m   e n e r g y   c o n su m p ti o n   f o w irele ss   m u lt i - h o p   n e tw o rk s,”   T e lec o mm u n ica ti o n   S y ste ms ,   v o l.   6 2 ,   n o .   4 ,   p p .   7 7 1 7 8 2 ,   A u g .   2 0 1 6 .   [1 0 ]   H.  Ya n h u a   a n d   X .   Zh a n g ,   A g g r e g a ti o n   T re e   Ba se d   Da ta  Ag g re g a ti o n   A lg o rit h m   in   W irele ss   S e n so Ne tw o rk s,”   In ter n a t io n a J o u rn a o O n li n e   E n g i n e e rin g   ( iJO E) ,   v o l.   1 2 ,   n o .   0 6 ,   p .   1 0 ,   Ju n .   2 0 1 6 .   [1 1 ]   G .   Ha n ,   Y.  Do n g ,   H.   G u o ,   L .   S h u ,   a n d   D.  W u ,   Cro ss - lay e o p t im iz e d   ro u t in g   in   w irele ss   se n so n e tw o rk w it h   d u ty   c y c l e   a n d   e n e rg y   h a rv e stin g Op ti m ize d   g e o g ra p h ic  n o d e - d isjo i n m u lt ip a th   ro u ti n g   a lg o ri th m ,   W ire l e ss   Co mm u n ica ti o n s a n d   M o b il e   C o mp u ti n g ,   v o l .   1 5 ,   n o .   1 6 ,   p p .   1 9 5 7 1 9 8 1 ,   No v .   2 0 1 5 .   [1 2 ]   H.  Ja d id o les lam y ,   A   Hi e ra rc h ic a In tru si o n   De tec ti o n   A rc h it e c tu re   f o W ir e les S e n so Ne t w o rk s,   In ter n a ti o n a l   J o u rn a o Ne two rk   S e c u rity &   Its   Ap p li c a ti o n s,   v o l.   3 ,   n o .   5 ,   p p .   1 3 1 1 5 4 ,   S e p .   2 0 1 1 .   [1 3 ]   M .   Ha m m o u d e h   a n d   R.   Ne wm a n ,   A d a p ti v e   ro u ti n g   in   w irele ss   s e n so n e tw o rk s:  Qo S   o p ti m isa ti o n   f o e n h a n c e d   a p p li c a ti o n   p e rf o r m a n c e ,   In fo rm a ti o n   F u sio n ,   v o l .   2 2 ,   p p .   3 1 5 ,   M a r.   2 0 1 5 .   [1 4 ]   E.   F a d e e a l. ,   su rv e y   o n   w ire les se n so n e tw o rk f o s m a rt  g ri d , ”  Co mp u ter   Co mm u n ica ti o n s ,   v o l.   7 1 ,   p p .   2 2 3 3 ,   N o v .   2 0 1 5 .   [1 5 ]   S .   P e n g   a n d   C.   P .   L o w ,   En e r g y   n e u tral  d irec ted   d if f u sio n   f o e n e rg y   h a rv e stin g   w irele s se n so n e tw o rk s,”   Co mp u ter   C o mm u n ica ti o n s,  v o l.   6 3 ,   p p .   4 0 5 2 ,   Ju n .   2 0 1 5 .   [1 6 ]   De p a rtme n o f   Co m p u ter  S c ien c e   &   En g in e e rin g ,   M .   M .   Un iv e rsit y ,   S a d o p u r ,   Am b a la,  In d ia,  J.  G ro v e r,   M .   S h a rm a ,   a n d   S .   S h ik h a ,   Re li a b le  S P IN  i n   W irele ss   S e n so Ne t w o rk A   R e v ie w ,   IOS J o u rn a o Co mp u ter   En g i n e e rin g ,   v o l.   1 6 ,   n o .   6 ,   p p .   7 9 8 3 ,   2 0 1 4 .   [1 7 ]   A .   N.  P a tel,   P .   N.  Ji ,   J.  P .   Ju e ,   a n d   T .   W a n g ,   A   n a tu ra ll y - in sp ired   a lg o rit h m   f o Ro u ti n g ,   W a v e len g th   a ss ig n m e n t,   a n d   S p e c tru m   A ll o c a ti o n   in   f lex i b le  g rid   W DM  n e t w o rk s,”   in   2 0 1 2   IEE Glo b e c o W o rk sh o p s,   A n a h e i m ,   C A ,   USA ,   p p .   3 4 0 3 4 5 ,   2 0 1 2 .   [1 8 ]   R.   A .   Ro se li n e   a n d   P .   S u m a th i,   L o c a c lu ste rin g   a n d   th re sh o l d   se n siti v e   ro u ti n g   a lg o rit h m   f o W irele ss   S e n so Ne tw o rk s,”   in   2 0 1 2   In ter n a ti o n a Co n fer e n c e   o n   De v ice s,  Circ u it a n d   S y ste ms   ( ICDCS ) ,   Co im b a to re ,     p p .   3 6 5 3 6 9 ,   2 0 1 2 .   [1 9 ]   W .   B.   He in z e l m a n ,   A .   P .   Ch a n d ra k a s a n ,   a n d   H.  Ba lak rish n a n ,   A n   a p p li c a ti o n - sp e c if ic  p ro to c o a rc h it e c tu re   f o w irele ss   m i c ro se n so n e tw o rk s,”   IEE T ra n sa c ti o n o n   W ire les s   Co mm u n ica ti o n s ,   v o l.   1 ,   n o .   4 ,   p p .   6 6 0 6 7 0 ,     Oc t.   2 0 0 2 .   [2 0 ]   b a sim   a b o o d   e t   a l.   L if e ti m e   En h a n c e m e n f o Clu ste rin g   P r o to c o l in   He tero g e n e o u W irele ss   S e n so Ne tw o rk s , ”  In d o n e sia n   J o u rn a o El e c trica En g i n e e rin g   a n d   C o mp u ter   S c ien c e V o l   1 4 ,   No   3 ,   [2 1 ]   P a n k a Ku m a r   Ka sh y a p   e a G e n e ti c - f u z z y   b a se d   lo a d   b a lan c e d   p ro t o c o f o W S Ns ,   In ter n a ti o n a J o u rn a o f   El e c trica a n d   C o mp u ter   En g in e e rin g   ( IJ ECE ),   V o l .   9 ,   No .   2 ,   p p .   1 1 6 8 ~ 1 1 8 3 ,   A p ril   2 0 1 9 .   [2 2 ]   J o n g - Yo n g   L e e e a I m p r o v e m e n o f   CH  e lec ti o n   i n   t h re e - lev e h e tero g e n e o u W S N ,   In d o n e si a n   J o u rn a o f   El e c trica En g in e e rin g   a n d   Co m p u ter   S c ien c e ,   V o l .   1 3 ,   N o .   1 ,   p p .   2 7 2 ~ 2 7 8 Ja n u a ry   2 0 1 9 .   [ 2 3 ]   F .   Xia n g n in g   a n d   S .   Y u li n ,   Im p ro v e m e n o n   L EA CH P ro to c o o f   W irele ss   S e n so Ne t w o rk ,   in   2 0 0 7   I n ter n a t io n a l   Co n fer e n c e   o n   S e n s o r T e c h n o l o g i e s a n d   Ap p li c a t io n s ( S ENS ORCO M M   2 0 0 7 ) ,   V a len c ia,  S p a in ,   p p .   2 6 0 2 6 4 ,   2 0 0 7 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.