Int ern at i onal  Journ al of Ele ctrical  an d  Co mput er  En gin eeri ng   (IJ E C E)   Vo l. 8 ,  No. 6 D ece m ber   201 8 , pp.  4366 ~ 43 73   IS S N:  20 88 - 8708 DOI:   10 .11 591/ ijece . v 8 i 6 . pp 4366 - 43 73     4366       Journ al h om e page http: // ia es core .c om/ journa ls /i ndex. ph p/IJECE   RMEER:  Reliabl e   Multi - path Energ y Efficient  Ro utin Protoc ol fo r Und erwate Wireles s  Sensor  Network       Mukhti ar Ah med 1 ,   M az le ena Salle h 2 M   Ibra him  Cha n na 3 , M oh d   F oad  R ohani 4   1,2 ,4 Facul t y   of  C om puti ng,   Dep ar tment  of  Com pu te Sc ie nc e, Uni ver sit y   Te chn olo g y   Malay si a ,   Ma lay s ia   3 Facul t y   of  Sci e nce ,   Depa r tment   of  Inform ation  Te chno log y ,   Quaid - e - Aw am Uni ver sit y   Nawabsh ah  Sindh,   Pakist an       Art ic le  In f o     ABSTR A CT   Art ic le  history:   Re cei ved   Oct  5 , 2 01 7   Re vised  Jan  17 , 201 8   Accepte Ja n 3 1 , 2 01 8       Underwat er  W i rel ess  Sensor  Networks  (UWSN s)  is  int ere sting  area  for  rese arc h ers .   To   ext ra ct   the   infor m at ion  from   sea bed  to  wa te sur fac e   the  the   m aj ority   num be rs  of  routi ng  protoc ols  has  be e int roduc ed T he  design  of   routi ng  protoc o l fac es  m an y   c hal l enge li ke  d epl o y m ent   of  se nsor  nodes,   cont rolling  of  node  m obil ity ,   deve lopment  of  eff icient   ro ute   for  data   forwardi ng,   prol ong  the   batter y   power  o the   se nsor  nodes,   and  removal   of   void  nodes  from   active  da ta   for wardi ng  pa ths.  Thi rese arc h   ar ti cle  fo cuse s   the   design  of  t he  Rel i able  Multi pa th  Ene r g y   Eff icient   Rou ti n (RMEER)   which  dev el ops  the   e fficie nt   rou te   be twee n   sensor  nodes,   and  p rolongs  the  b at t er y   l ife  of  t he  nodes.  RME ER  is  sca la b le  and  robust   prot ocol   whi ch   uti lizes  the   pow erf ul  fixe cour ie nodes  in  ord er  to  enha n ce   t he  net work  throughput ,   d ata   del iv er y   ra ti o ,   net work  li f et ime   and  red u ce th e   end - to - end   del a y .   RMEER   is  al so  an  en erg y   ef fi ci en rou ting  protoc o for   saving  th ene rg y   le ve of  t he  nodes .   W ha ve  used  th NS 2. 30  sim ula tor  wit AquaSim   pac kag for  p erf orm anc anal y sis  of  RME ER. W observe tha th e   sim ula ti on  p erf o rm anc of   RME ER  is b et t er  tha n   D - DBR   protoc o l .   Ke yw or d:   Energy   e ff ic ie nt   Locali zat ion   Mult i - path   Rou ti ng    Unde rw at er   Copyright   ©   201 8   Instit ut o f Ad vanc ed   Engi n ee r ing  and  S cienc e   Al l   rights re serv ed .   Corres pond in Aut h or :   Mukhti ar  Ah m ed   Dep a rt m ent o f C om pu te Scie nce,   Faculty   of Com uting ,   UTM,  Sku dai,  Jo ha r   Be hru,  Ma la ysi a.   Em a il m uk htiar.a@ gm ai l.com       1.   INTROD U CTION   Unde rw at er  W irel ess  Sensor  Netw ork  ( U WSN el a borates   the  wides pr ea ap plica ti on li ke  assist ed  nav i gation,  oil  and  gas m inerals,  sei sm ic   mo nito rin g,  disa ste preve ntio et c   [ 1 ] ,   [ 2 ] F r om   the  bo tt om   of  the   sea  the  inform at ion   retrieval  so urce  is  sens or  node,   the  de pl oy m ent  of   sen so nodes  with   ro utin pr oto c ol  is  on e   of  th c ompli cat ed  ta sk s   du e   to  t he  e nv i ronm ental   conditi on s   of  unde wate r.   In  un de rw at er   en vir onm ent   the  rad i sig na li ng   can not  work   well   du to  l ong  dista nces  on ly   at   low  f re qu e ncies  ( 30 - 300Hz w hich   r equ i re  la rg ante nna  and   high  tra nsm issi on   powe r   [ 3 ] ,   [ 4 ] O ptica sign al are   good  en ough  for  cl ean  wate with   po i nt  to  point  com m un ic at ion ;h ow e ve r   opti cal   sign al ca nnot  w ork  well   in  un derwate sea  en vir on m ent  due  to  it short  ra nge  (less  t ha 5m ),   fo op ti cal   sign al in t h pr eci se  posit ion in is  re quire with   na rro beam   op ti cal  tra ns m i tt er  [ 5 ] ,   [ 3 ]   Acousti si gn a ls  are  s uitable   f or  un derwate e nv i ronm ent  howe ver   the   em plo ym ent  of  aco us ti c   channel  al s f aces  so m cha ll eng es  i unde rw at er   e nv ir onm ent  li ke:  la rg pro pag at io delay a nd  hig bit   error   rate  [ 6 ] - [ 8 ] Th ree  dim e ns io nal  de plo y m ent  of   se nsor   nodes  is   not  an  easy   ta sk   du to  the  unde r water   pr ess ure  a nd  env i ronm ental  co nd it io ns   [ 9 ] - [ 11 ] Howe ve the   be ha vio r   of  se nsor   node  i unde r water  env i ronm ent  is  al so   un c ontro ll able  du t water  pr es sure   an wate cu rr e nt  [ 12 ] ,   [ 13 ] Anothe iss ue  f or   dep l oym ent  of   sens or   node  i local iz at ion The  e xisti ng   a lgorit hm of   loca li zat ion a r no a ppr opri at for   unde water  en vir on m ent  [ 14 ] ,   [ 15 ] In   underwate en vir onm ent  the  local i zat ion   fr ee  rou ti ng   prot oco ls  sh ow s   the  good  perf or m ance  as  c om par to  lo cat ion   ba sed  routin prot oc ols;  beca us t he  en vir onm e nt  of  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec & C om Eng   IS S N:  20 88 - 8708     RMEER:   Rel ia ble   M ulti - path  Ener gy  Eff ic ie nt R ou ti ng    ( Muk htiar A hm ed )   4367   unde rw at er   is  local iz at ion  f re [ 16 ] T m ai t ia the  e nergy powe of o r dina ryn od i unde rw at er   en vir onm ent  is  al so   a   m ajo r   issue   be ca us e   in  unde rw at e r   en vir on m ent  the  se nsor   no de   can   not  be  re charge easi ly   [ 17 ] .   Rou ti ng  protoc ol d e sig ning f a ces m any chall eng e s li ke:    a.   In un derwate r e nv i ronm ent the acousti c cha nnel  b a ndwi dth   is l i m i te d.   b.   Du e  to  t he  m ulti path  an d fa din g t he  ac ousti c c ha nn el   will  bec om e i m paire d.   c.   In un derwate r e nv i ronm ent the ch a nn el   pro pa gation delay   will  cause fo l ow d at delive ry.    d.   Du e  to  t he  s ha dow  z ones  or void  re gions the  loss of c onnec ti vity  w il l occur.   e.   In un derwate r e nv i ronm ent the b at te ries  of s ens or   node s ca n not  be recha r ged easi ly .   f.   Du e  to  t he fo ul ing  a nd c orrosi on the  unde r w at er s en sor  node  m a y be f ai lu r e.   g.   3D d e plo ym ent in under water  envir on m ent is not a easy  ta sk .   On  basis   of  a bove   chall e ng es   the  e ff ic ie nt  a nd  scal able  de sign  of  routin prot oco is  ne eded.  In  this   researc arti cl we  propose   the  Re li able   Mult i - path  Energy  Eff ic ie nt   Rou ti ng   (R MEE R)  proto col  f or   unde rw at er  se env ir onm ent RM EER  is  an  ene rg ef fici ent,  scal able,   and   reli able  routin proto c ol.T he   desig of  RM EER  is  ba sed   on  co uri er  node s,  sin node s,   source   no des,  an se nsor   no des.  The   fi xed  sin nodes  a re  posi ti on ed  on  wat er  surface  a nd  sta ti po werf ul  co ur ie node are  de plo ye on  fi ve  num ber of  la ye rs  from   to to  bo tt om   of  the  sea  water .   The  se ns or  node are  dep l oy ed  at   the  5 th   (bottom la ye of   the  water.  F ro m   bo tt om   layer  of   sea  water  the  m ul ti path  data  forw a r ding  te chn i qu is  use d.   Fixed   c ourier  node  is  the  po werfu node   w hich  de ve lop t he  m ultip at betwee s ource  node  a nd  se nsor  nodes The   sen sor  node s   retrieve  the  in f or m at ion   from   so urce   no des  in  m ult ipath  fas hion  an will   fo r ward  to  the  c ourier  no de.   C ourier  nodes   are  res pons i ble  to   f orward  t he  data  pack et s   to  t he   surface   sin nodes We  c om par the  sim ulati on   respo ns of R MEE R wit h Di recti on al   De pth - Ba se R ou ti ng (D - DBR).   The  a dvanta ge of RM EER a re list ed belo w :   a.   RM EER ca e asi ly  h an dle th e nod e  m ov em ent w it h wate r c urren t.   b.   RM EER reduc es the c om plex  r ou ti ng ta bles.   c.   RM EER i s loc al iz at ion  free  prot oco l.   d.   RM EER uti li zes the m ulti - sink s  w it m ultip at h dis j oi nt m echan ism  to  en han ce  p ac kets  deli ver rati o.    e.   RM EER  us es   the  powe rful  c ourier   no des  t e nhance   the   batte ry  li fe  of  ordina ry  se nso nodes   an al so   enh a nces  the  ne twork  li fetim e .         2.   RE LATE D  W ORK   In   this  sect ion   we  pr e sent  the   local iz at ion   free   ro utin prot oco ls  with  thei lim it at ion s.  In   [9 ]   De pth  Ba sed  Rou ti ng   (D BR prot oc ol  is  pr opose d.   The  routin m et ric  of   DBR  is  dep th  in form at ion   of   se nsor   node.  The  de pth   of  s ens or   no de  inf or m at ion   is  pack ed  with  the  data  pack et   an w hen   se nd e node  f orward  the  dat a   pack et   to  the  r ecei vin node;   receivin node   will   co m par their  dep t with  the  de pth  of   sen der   node the   sens or   node   w hich  kee ps   the   lowe dep t will   forw a rd  the  data  pac ket s.  Eac f orwa r der   node   w il keep  the   data  pac ket  for   certai tim per io d.   T he  hol ding  tim is  based   on  the  dif fer e nce  bet wee cu rr e nt  f orw ard e r   node  an the  s end e no de.   I DBR  there  are  so m l i m it ation s.  DBR  on ly   works  in  greed m od e;   so   it   c annot   perform   well   in  s parse  are be c ause  it   is  t he   possibil it tha in  s par se   area   that  no  no de  c an  forw a r the   data  pack et du t the  gr eat e de pt as  com par ed  to  sen ding  node an cu rr e nt  node  will   con ti nu t m ake   m or e   and  m or at te m pts.  In  D BR   the n odes w il cal culat their de pth   i e ve ry  ti m and   i r esu lt ant  the  ene r gy   le vel  of th os nodes   will  b reduce a nd d ie  ea rlie r.     In  [ 8]  t he  Di re ct ion al   De pth  Based  Ro utin (D - DBR is  pr opos e d.  D - DB forw a r ds   the   data  pac kets   thr ough  opti m al   path  to  t he  s ink  n ode. D - D BR   is  based  o sing le   sin a nd  re duces  the propa gation  del ay   with  le ss  num ber   of   hops.  Si nk  node  with  high  ba tt ery  power  is   de plo ye on  t he  s urface  of  water  a nd  se nsor   no des  are  de plo ye a dep th  of   wat er.  D - DBR  use the  holdi ng  tim and   ang l ho l ding  tim e   functi ons  f or   route   direct ives.   D - DBR  al so  use s   the  Tim of   Arrival  (T oA)  rangin te c hn i qu e   in   data  f orwa rd i ng  m ec han ism Like D BR  the D - DBR al so  cannot achie ve  th e h igh   delivery  d at a rati in sp arse a rea.  N o pro per  m et ho dolo gy   is  def ine by  D - DBR  f or   t he   energy  savi ng   of  ordi nar y   sens or   nodes .   Rem ov al   of  vo i ds   in  unde r water  env i ronm ent  is  the  m ajo iss ue   an D - DBR  is  inef fici ent  to  rem ov this  prob le m du to   the  vo i prob le m   the   ov e rall  n et wor th r oughput  m ay  b e d e gr a de d.       3.   R MEE P ROT OCO L   RM EER  proto col  arc hitec tur is  base on  si nk   node s,  c ourier   no des,   s ource  nodes a nd  ordi nar y   nodes Sin no des  a re  de pl oyed  on  sea  w at er  s urface,  c ouri er  no des  a re d e plo ye on 5  n um ber   of  w at er lay ers  with  fixe sta t ic   m ann er  an so urce  no des  are  de plo ye at   the  bo tt om   of   the  sea  as  de scried  in  F i gure  1.    The  sin node are  connecte with  ons hor data  centre  thr ough  RF  sign al li ng.  Sin nodes  al so   di rectl connecte with   co ur ie nodes   from   top   to   bo t tom   of   sea   wit dif fer e nt  la yer thr ough  acou sti sig nalli ng Sea   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
      IS S N :   20 88 - 8708   In t J  Elec   &   C om En g,   V ol.  8 , N o.   6 Dece m ber   201 8   :   4366   -   4373   4368   bo tt om   la ye ordina ry  no de are  c o nn ect ed  with  c ourier  no des  t hro ugh  ac ousti sign al li ng.  W ha ve   dev el op e t he c onnecti vity  b e tween  source  nod e s to  the c ou rier  nodes  w it h m ult ipath  disjoint m et ho d.    The  ordina ry  sens or   nodes  are  res pons i ble  to  de velo t he  pat bet we en  s ource  no de to  co ur ie r   nodes  t hro ugh  m ult ipath  dis joint  m et ho d.   RM EER  proto col  com plete the  ta sk   f or   pa ckets  de li very   from   so urce n odes to sin k nodes wi thin two  num ber s o f ph ase s.  On e is route d e velo pm ent p hase an seco nd is d at a   forw a r ding  ph a se. T he descri pt ion   of tw o ph a ses is de scri be in  b el ow s ub  sect ion s.             Figure  1. RM EER  arc hitec tur f or   U WSN       3.1 .   R ou te   D e velopm ent  Ph as e   As  al rea dy  we  hav disc us se that  the  sourc nodes  a re  de plo ye at   bo tt om   of   the  sea  w at er  an the   la ye r - co ur ie r   node a re  res pons i ble  to   de velo t he  rout towa r ds   s ou rce  nodes   th rough  ordi nar nodes Fr om   courier  t sou rce  no des   the  route  de ve lop m ent  m echan ism   is  based   on   m ulti path  node  disjoint  m e tho as d esc ribe i n Fi gure  2.           Figure  2. Mult ipath  betwee c ourier t s ourc e nod e       The  n ode  dis j oi nt  m echan ism   util iz es  the  m a xim u m   reso ur c es  of   the  e ntire   netw ork.   I node  disjoint   m echan ism   if  a ny  node  bec ome fail ur the nod e d isj oin m et hod  will   sel ect   the  al te rn at route  to  f orwa rd   th e   data  pac kets.  The  r oute   devel op m ent  betw een  co ur ie no des  to  s ource  nodes  is  base on   Hell m es sage.  Courie no de  is  respon si ble  to  forw a r the   Hell m essage  towards  the   neig hbor   node s.  Wh en  t he  Hell Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec & C om Eng   IS S N:  20 88 - 8708     RMEER:   Rel ia ble   M ulti - path  Ener gy  Eff ic ie nt R ou ti ng    ( Muk htiar A hm ed )   4369   m essage  is  re c ei ved   by  t he  ne ighbor  nodes;  ever neig hbor   node   will   upda te   it Neig hbor  Ta ble  ( NT w it it s   new   e ntry  an will   beco m e   t he  pa rt  of   the  m ul ti path  route  dev el opm ent.  NT  will   al so   keep   the  in f orm at ion   about the  li st o it s n ei ghbor  nod e s. Hel lo m essage  f or m at  is  shown i Fi gu re  3.           Figure  3. Hell f or m at       In H el lo  m essa ge fo rm at  the descripti on   of e ver fiel is  gi ven b el ow :   Me ssage  seq ue nce:  Con sist s   of   tw byte   wh ic create s   the  m essage  nu m ber   thr ou gh   m essage  or i gin at or.    Me ssage  Ty pe: Co ns ist s of  on e b yt e an d rese rv e d for m essage ty pe.   Sender  ID:  C onsist s of t wo by te s an d i s r ese rv e d for t he   node_I D.   Node T ype:  C on sist of  on e   byte  and is  res erv e d for  node   ty pe.      Hop  C ount :   Con sist of  on e   byte  and  reserv ed fo r hop c ou nt.   Fo r wa rd No de ID: C on sist s  of  two byte  a nd re serv e s fo f or warder  no de_I D.   Re sidu al   Ene r gy  Level:   Consi sts  of   fou by te s   and   reserved  to  s how  the  resid ual  en erg le vel  of   forw a r der   node .     Link   Q ualit y:    co ns ist of  t wo  byte a nd   reserve to  s how   the  li nk  qual it with  ac ou sti c ha nn el   betwee c ourie rs  to  sou rce  nodes.   Wh e the  Hell m essage  received  by  the  ne ighbor  node s;  e ver node  al so   m a intai ns   its  NT  as  al ready   we  discusse an relat ed  C ourier   N od e   Ta ble  ( CNT) Wh e ever node   ha up dated  NT   and  CNT;   the  LI N K   m essage  will   be  ge ne rated  by   courier  no de   to  de velo th m ulti path  li nk   bet ween   c ou rier  no des  to  s ource   nodes .     3.2 .   D ata  F or w arding Ph ase   Af te r   the  r ou te   de velo pm ent  ph a se  the   sour ce  node   will   broa dcast  the   R ou te   Re quest   ( RR EQ)   on   m ul ti ple  li nk to  f orwa rd  the   pac kets  t th co ur ie node   thr ough  nei ghbor  nodes Af t er  the   ar rival  of  t he   RR EQ; the n ei ghbor  no des  w il l   up date it s R ou ti ng Tab le  (R T)  with n e entry. Th e sele ct ion  o r oute  is b ased   on   lo wer   li nk  cost  crit eria.O rece ption   of   RR EQ;  ever node  will   upda te   the  NT,   CN T,  an RT  with  ne w   entries.  When   courier  node   will   receive  t he   RR EQ;  the  c ourier  node   wi ll   cre at the  ne e ntry  f or  un known  so urce  no de.   T he  tim er  is  set  for  the  RR EQ,  if  RR EQ  arr iv es  after  the  tim exp ires  tha it   will  autom atical ly  be  dro pped It   is  al so   the  resp onsi bili ty   of   the  courier  node  to  de velo the  loa bal ance  bet ween   al the   m ul ti path  li nk s Wh en  t he  bal anced   m ulti path  r ou te   will   be   dev el op e between   t he  s ourc and   c ourier  node;   the s ource  node  w il l f orward  the d at pac ket s w it h D AT A m essage.    The  li nk  c os t and   rest o the  update val ues  of  NT, CNT , an RT t hro ugh courie node s w il m on it or   the  co ndit ion s   of  m ulti path  bein us ed T he  c ourier  node   has  t re - distribu te   t he  dat rates  ov e pa ths  t op ti m iz the  us age  of  net work   res ources  i nfreque ntly Courie node   is  res pons ible  t c heck  out  t he  pat fail ur th rou gh  inter  arr ival  de la of   p ackets   on   eve ry  li nk .   If   delay   occur fo pr e - deter m ined  thres ho l d,   the   courier  node  a ssu m es  the  path  is  bro ke n.   T he  co uri er  no de   will   send   the   RESET  sig nal   to  the  sou rce  node  to   re - dev el op  the   route.  When   al the  bott om   la ye co ur ie r   node recei ves  t he  da ta   pac ket s,  the  c ourier   nodes   furthe directl fo r wa rd   data  pack et to  the  diff e re nt  la ye red   sta ti cou ri er  nodes  from     bo tt om   la ye to  top  la ye with  po wer   le vels  p1,  p2,  …. pn - 1.  Wh e t op   la ye fixe c ourier   nodes  will   rec ei ve  the  data  pa ckets   than  data   pac ke ts  directl f orwa rd e t the   surface   sin nodes S urface   sin no des  w il fo r ward  t he   data  pack et s  to  t he on s hore  d at a c enter t hroug h R F signal ing.       4.   PERFO R MANC A NA L Y SIS   To  m easur t he   pe rfor m ance  of  RM EER  w ha ve  us e N S2 . 30  sim ulator  with  AquaSi m   p ackag e.   We  ha ve  c onsidere the  3D  dep l oym ent  area  with  num ber of  la ye rs.  W ha ve  te st ed  the  resu lt on   300  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
      IS S N :   20 88 - 8708   In t J  Elec   &   C om En g,   V ol.  8 , N o.   6 Dece m ber   201 8   :   4366   -   4373   4370   nu m ber of  no des.   The  netw ork  siz is  set   on  10 00 m x1000m x1000m   fo sim ulatio resu lt s.  The   802.1 1 - DYN AC  is  use as  a   MAC  protoc ol  [ 18 ] We  te ste the  pe rfor m ance  of  RM EER  on  50 10 0,   150,  20 0,  25 0,  and   300  nu m ber of  no des.   T he  distanc of  each  la ye is  set   on   20 m et e rs.   We  ha ve  use the  en er gy  m od el   sam e as d escribed i [ 19 ] . Re st of the  sim ula ti on   par am et ers  are  desc ribe d i Ta ble  1.       Table  1.   NS2. 30 Sim ulati on  P aram et ers   Para m eters   Ratin g s   Netwo rk size   1 0 0 0 m x 1 0 0 0 m x 1 0 0 0 m     No o f  no d es   300   Lay e d istan ce    2 0 0   m   Data pack ets size   6 4  bytes   Initial Energ y   Energy Co n su m p ti o n :   Tr an s m ittin g R ece iv in g id le    5 0  J   2 w,  0 .75 w,  8 m w   MAC P roto co l   8 0 2 .11 - DYNAV   W ate salin it y   38   W ate te m p eratur e   2 0 C to  30 0 C   Av erage wat er  p r e ss u re  o n   ev ery  dep th  la y er     1 5 0  db r   W ate d en sity    2 4 .32  Kg/ m 3       4.1.  Perf orm ance   A na l ys is  Measuri n P ar amet er s     The det ai le d d escripti on  of pe rfor m ance p a r a m et ers  are  de scribe in  Ta ble 2   [ 6 ] .       Table  2.   Per for m ance  A naly sis M easu rin P aram et ers  [ 6 ]   Perf o r m an ce  Met ri cs   Descripti o n   Netwo rk Thro u g h p u t   Thro u g h p u refers  to   ag g regated   d ata  rate  achi ev ed   in   Kb /s  at  th d esti n atio n   n o d es  f o t h e   en tire  n etwo rk.  I n   o th er  wo rds a g g regate  th rou g h p u f o all  th f lo ws  in   th n etwo r k .   Thro u g h p u t r ef lects th e eff icien cy  of  netwo rk in  collecti n g  and  deliv ering   d a ta.     t r f r t h r o T P N   wh ere  s d t r f T T T     End - to - End  Dela y   It  refers  to   th av e rage  d elay   f o all  t h d ata  p ackets   arriv in g   at  th d estination   f ro m   d if f erent   so u rces.  Lower  the  end - to - en d  delay  s ig n if ies b etter  n etwo rk p erfo r m an ce.     n s d e t e P T T D     Ro u tin g  Overheads   Measu re  th ratio  o f   co n trol  p ackets / m e ss ag g en erate d   to   su ccessf u lly   rece iv ed   d ata  p ackets   d u ring  r o u tin g  si m u latio n .     m m o D C R     Av erage E n e rgy  C o n su m p tio n   an d  Network lif etim e   It  m e asu res  th av erage  d if f erence  b etween  th in itial  lev el  o f   en ergy  an d   th f in al  lev el  o en ergy  th at  is  lef i n   each  n o d e.  Let  Ei=  th in itial  en erg y   lev el  o f   a   n o d e,  Ef th f i n al  en erg y   lev el of  a  n o d e and  n = nu m b e o f  no d es in  the si m u latio n Then :       = ( ) = 1     Netwo rk  lif eti m i in v ersely   p rop o rtion al  to   en ergy  co n su m p tio n   an d   referred  to   ti m e   elap s ed   sin ce the no d es d ep lo y m en t till  th e f irst no d e dies  du e to en ergy  d ep letio n .   Pack ets Deliv er y   Ratio   Pack ets d eliv ery ra tio  can  b e def in ed ; the n u m b er  of  deliv ered pack ets at th e sin k  no d e         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec & C om Eng   IS S N:  20 88 - 8708     RMEER:   Rel ia ble   M ulti - path  Ener gy  Eff ic ie nt R ou ti ng    ( Muk htiar A hm ed )   4371   4.2.  Ne twork   Throu gh p ut   In   Fi gure  the   networ thr ou ghput  of   RM E ER  is  hig he than  D - DBR  be cause  the  us of   powerf ul   fixe c ourier  node has  e nh a nc ed  the  n et wor th r oughput  of RM EER.           Figure  4. N o. of No des v/s  Ne twork  Thr ough pu t       4.3.  Ne twork   Li fet im e   Figure  sho w the  com par is on   of  net work   li fetim of   RM EER  against  D - DBR.  In   RM EER  the  use   of   powe rful  fi xed   c ourie no des  hav e   s how the  i ncr e dib l adv a nta ge  over  D - DBR.  T he  po werfu c ourie r   nodes  ha ve  plentiful  ene r gy  than  ordi nary   senso node s;  so   wh e c ourier  no des  are  involve in  data   forw a r ding  m e chan ism the  l onge netw ork   li fetim is  exp ect ed.   In   c ontrast D - DBR  e xp e rience e xc essive  energy c on s umpti on, a ff ect in g t he netw ork  li f et i m e b ecause  it  is o bs e rv e t hat m os t of  t he  tim e in D - DB R t he  sm a ll er d ept h nodes  conti nuously  forwar ds t he data  p a ckets  and  will  d ie  ea rlie tha n hig he r dept h nodes.           Figure  5. N/ w Li fetim e ag ai nst  D - DBR       4.4.  A verage  End - to - End  D el ay   Figure  s how the  a ver a ge  end - to - en del ay   of   RM EER   against  D - DB R.  The  a ve rage  en d - to - e nd  delay   of   RM EER  is  red uce than  D - DBR;   because   in  RM EER  we  hav reduce the  num ber   of   hops   a nd   we   hav e   al so   us e high  tra n sm issi on   powe betwee c ouri er  no des  for  data  f orwardi ng  wh ic re duc es  the  aver a ge  e nd - to - en delay D - DBR  m et ho dolog is  ba sed  on   m axim u m   nu m ber   of   hops  w hich  reduc es  the   perform ance  of  D - DBR D - DBR  is  unc ontrolla ble  in  e nd - to - e nd  delay   by  inc reasin of  n et work  de ns it howe ver   RM EER rem ai ns  stable i f netw ork den sit y i ncr eas e.     0 50 100 150 200 250 300 350 50 100 150 200 250 300 Netw ork  Thr oughput  (Kbi ts /s ec ) No.  of Nodes RME E R D-D BR 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 50 100 150 200 250 300 Netw ork  Li feti me (Sec ) No.  of Nodes RME E R D-D BR Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
      IS S N :   20 88 - 8708   In t J  Elec   &   C om En g,   V ol.  8 , N o.   6 Dece m ber   201 8   :   4366   -   4373   4372   4.5.  T otal Ene rgy Cons ump t ion   Figure 7   s hows   the  ave ra ge  e ne rg c onsu m ption  o f   RM EER  against D - DB R.  RM EER  use the  fi xe powe rful co ur i er no des o di f fer e nt num ber   of  lay ers  w it h s m al l nu m ber  of or din ary  node s in data  forw ard i ng  m echan ism ;   t his  m echan ism   increases  the  li fe  of   th ordin a ry  sensor  no des;  s am ou nt  of  energy   consum ption   is   obviously   re duced  as  com par to  D - DBR.   Howe ver,  in  D - DBR,  t he  de pt of  se ns or  nodes  is   the  on ly   par am et er  f or  f orwa r ding.  The   se nsor   no des  ha ving  sam de pth al so   hav e   sam holdi ng  tim e   f or  a   data  pack et These  no des  for ward  the  sam e   data  pack et   con c urre ntly Ther e fore,  the  r edun dan cy   of  pack e t   transm issi on s i s una vo i dab le ,   wh ic h resu lt s i e xcessive  ene rg y c onsu m ption .           Figure  6. A verage E 2E dela against  D - DB R           Figure  7. Ene r gy cons um pti on  a gainst  D - D BR       4.6.  Pac kets  Del ivery Ra tio   Figure  s how the  pac kets  delivery  rati of   RM E ER  an D - DBR.  T he   pac kets  delivery  rati of   RM EER  is  inc reased   agai ns D - DBR.  In  RM EER  the  us e   of  powerf ul  fi xed  co uri er  nodes  ha ve  e nh a nced  th e   pack et delive ry   rati o.   I c ontrast   the  packet delivery  ra ti of   D - DBR   is  reduced  du to  the  com plica te m echan ism  f or d at forw a r ding.             Figure  8. N o. of No des ve rsu s  Pack et s  D el iv ery Ra ti (% )   0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 50 100 150 200 250 300 Av erage  End - to - End  Del ay   (Sec ) No.  of Nodes RME E R D-D BR 0 500 1000 1500 2000 2500 50 100 150 200 250 300 Av erage  Energy   Cons umpti on  (Joul es ) No.  of Nodes RME D-D BR 0 20 40 60 80 100 50 100 150 200 250 300 Pac k ets   Del i v ery   Rati (%) No.  of Nodes RME E R D-D BR Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec & C om Eng   IS S N:  20 88 - 8708     RMEER:   Rel ia ble   M ulti - path  Ener gy  Eff ic ie nt R ou ti ng    ( Muk htiar A hm ed )   4373   5.   CONCL US I O N   The  pro posed   RM EER  r ou ti ng   protoc ol  for  unde rw at e wireless  se nsor   net wor i base on   m ul ti path  dis j oi nt  te chn i qu e   f or   data  forw a r ding.  T he  t hr e num ber of  r ou ti ng  ta bles  a NT CN T,  a nd  RT   are  us e in  pro po s ed  routin protoc ol.  RM E ER  us es  the  fi xed   powe rful  c ourier  nodes  on  di ff e ren la ye rs  of  sea  water.  T he   sink   node ar dep loye on  the  water  surfa ce  and   the  or di nar sens or   node are  de ploy ed  at  the  bott om   of   the  wate r.   S our ce  nodes  a re  de plo ye at   water  bott om   wh ic f orwards  t he  data  pac kets  th rou gh   m ul ti path  disjoint  m et ho to   powerfu c ourier  no des  an powerfu c ourier  no des  f ur t her   f orwa rd   t he   data  pack et by  util iz ing   the  m axim u m   po we le vels  to  the  s urf ace  sink   nodes W have  com par e the  sim ulati on  respo ns of  th RM EER  wit the  fam ou routin pr ot oc ol  D - DBR  an we  ob se r ve that  the  sim ulati on   perform ance o f  RM EER i s b et te tha n D - DB R.        REFERE NCE S   [1]   N.  Li ,   J. F .   Mart íne z ,   J.M.  Mene ses  Chaus,   and  M.  Ec ker t,   Surve y   on  Unde rwate Acousti c   Sensor  Network  Routi ng  Proto co ls” ,   S ensors ,   vol .   16,   no.   3,   pp.   41 4,   2016 .   [2]   A.  W ahi d,   and   D.  Kim ,   An  En erg y   Eff ic i ent  L oca l iz a ti on - Fre Routi ng  Protoco for  Underw at er   W ire le ss   Senso Networks” ,   In te r nati onal Journal   of  Distribu te d   S ensor Ne tworks ,   2012.   [3]   A.  W ahi d,   S.  Le e ,   D.  Kim ,   a nd  K.S.  Li m ,   MRP Loc al i za t ion - Free   Mul ti - L a y ere Rou t ing  Protocol   fo r   Underwat er  W ir el ess  Sensor  Networks” ,   Wirel es Pe rs onal  Com municat ions,   vol .   77,   no.   4,   pp.   2997 - 3012,   Aug,  2014.   [4]   A.  W ahi d,   S.  L ee ,   and  D.  Kim ,   rel ia ble   and   ene rg y - ef ficien t   routi ng  proto co for  u nder wat er   wire le ss   sensor  net works ,   Inte r nati onal Journal   of  Comm unic a tion Sy stems,   vol.  27,   no .   10 ,   pp .   2 048 - 2062,   Oc t, 2 014.   [5]   M.  Ay az,  I.   Ba ig,   A.  Abdulla h ,   and  I.   Fa y e,   survey   on  ro uti ng  technique s   in  under wate wire le ss   sensor   net works ,   Jour nal  of   Net work   a nd  Computer  Ap pli cations,   vo l. 3 4,   no .   6 ,   pp .   190 8 - 1927,   Nov,   20 11.   [6]   A.  Ahm ed,   K. A.  Baka r,   M. I.   Channa ,   and  A. W .   Khan,   A   S ec ure   Routi ng  Protocol   with  T rust  and  Ene rg y   Aw are ness for W ire le ss   Sensor  Network” ,   Mobi le   N et works and   Appl ic a ti ons ,   pp.   1 - 14,   2016.   [7]   M.  Sharif - Yaz d,   M.R.   Khos rav i,   and  M.K.  Moghim i,   Surv e y   on  Underwa te Acoustic   Se nsor  Networks:  Perspec ti v es  on  Protocol   Design   for  Signaling,   MA and  Rout ing ,   arX iv preprint   arXiv :1703 . 083 53 ,   2017 .   [8]   M.  Ahm ed,   M.  Sall eh ,   and   M.I.  Channa ,   Cr it i cal  Anal y sis  of   Da ta   Forw ard ing   R outi ng  Protoco ls  Based  on   Singl pat for  UW SN” ,   Int ernati onal  Journal  of  El e ctr ic al  and  Computer  Engi ne erin g,   vol.   6,   no .   4,   pp.   1695 - 1701,   2016.   [9]   P.V.  Am oli ,   An  Overvi ew   on  Curre nt  R ese ar c hes  on  Underwa te Sensor  N et w o rks:  Applicati o ns,  Challenge s   a nd  Future  Tr ends” ,   Inte rnational   Jo urnal  of El e ct ri c al  and  Comput er  Engi n ee ring ,   vo l.   6 ,   no .   3 ,   pp .   95 5,   2016 .   [10]   M.  Ahm ed,   and  M.  Sall eh,   Local i za t ion  sche m e in  Underwat er  Se nsor  Network  (UW S N):  Surve y ,   Indon esia n   Journal  of   Elec t rical   Engi ne erin and  Computer   Sci en ce.,   vol. 1,  no.   1 ,   pp .   119 - 1 25,   2015 .   [11]   M.  Ahm ed,   M.  Sall eh,   M.  Ch anna ,   and  M.F.  Rohani ,   Review  on  Loc al i zation  base Rout ing  Protocol for  Underwat er  W ir el ess  Sensor  Network” ,   Inte rnat i onal  Journal  of  El e ct rica l   and  Computer  Engi ne ering,   vol .   7,   no.   1,   pp .   536 ,   2017 .   [12]   P.R.   Jadha o ,   and   M.M.  Ghonge,  Ene rg y   Eff i cien Routi ng   Protoc ols  For  Underwat er  Sensor  Ne tworks - Surve y ,   Ene rgy,   vol .   1 ,   n o.   1 ,   2015 .   [13]   M.  Ahm ed,   M.   Sall eh,   M.I.   C hanna ,   and  M.F .   Rohani ,   Ene r g y   Eff i cient  Routi ng  Protocol s   for  U W SN :   A   Revi ew” ,   Te lk o mnika,   vo l. 15, n o.   1 ,   2017 .   [14]   G.  Han,   N.  Bao ,   L.   L iu,   D.  Zh ang,   and  L .   Shu,  Routi ng  protoc ols  in  under wate a coustic  sensor  net works a   quant itati v e comparison” ,   Int ernati onal Journal of  Distribut ed  Se nsor   Net works,   v ol.   2015 ,   pp .   10 ,   2015.   [15]   A.  W ahi d,   S.  Le e ,   H. J.  Jeong ,   and  D.  Kim ,   EE DBR:  Energ y - E fficie nt  D ept h - Based  Rou ti ng  Protocol   f or   Unde rwate W ir el ess  Sensor  Net works ,   Adv an c ed  Computer  Sc ie nc and  Infor mation  Technology,   vol .   195 ,   p p.   223 - 234,   2011 .   [16]   B.   Diao ,   Y.   Xu,   Z.   An ,   F.  W ang ,   and  C .   Li ,   Im proving  Both   Energ y   and  Ti m Ef fic i ency   of   Dept h - Based  Rout ing  for  Underwat er  Sensor  Networks” ,   Inte rnat ional  Journal  of  Dist ribute Sensor  Net works,   vol .   1 1,   no.   10 ,   pp.   1 - 9,   2015.   [17]   M.R.   Khos rav i,   R.   Sala ri ,   a nd  H.   Rostami,  So lut ion  for  Sca la b le   Routi ng  in  De pth  Divisions - Based  DU SN via   Adding  Scal a ble   Para m eter  t Control   Dept Cluste rs:  Cre at ing  an  Ene rg y   Eff ic i ent   and   Low  Delay   N I - Ind epe nden Co m m unic at ion  Pr otoc ol ,   Journal of  Computer  and   Comm unic ati on s,   vol. 4, no. 07,  pp.   55 ,   2016 .   [18]   S.  Zha ng ,   D.   L i,   and  J.  Ch en,  li nk - state  base ad apt iv fee dba ck  rout in for  under wa ter  ac oust ic   senso net works ,   Sens ors   Journal,   I EEE,   vo l. 13, no. 1 1,   pp .   4402 - 441 2,   2013 .   [19]   N.  Nicol aou ,   A.  See,   P.  Xie ,   J. H.   Cui,   and   D.  Ma ggiori ni ,   Im pro ving  the   robustn ess  of  loc at ion - b ase routi ng  for   under wate r   sens or  net works ,   O ce ans 2007  -   Eu rope,   Vo ls 1 - 3 ,   p p.   1485 - 1490 ,   2 007.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.