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.   7 ,   No .   4 A u g u s t   201 7 ,   p p .   2 0 5 4 ~ 2 0 6 0   I SS N:  2 0 8 8 - 8708 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j ec e . v7 i 4 . p p 2 0 5 4 - 2060          2054       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s jo u r n a l.c o m/o n lin e/in d ex . p h p /I JE C E   Energ y - E ff icie nt  H y brid  K - M ea ns   Alg o rith m   for  C l ustered     Wireless  Se nso Netw o rk       Aziz   M a hb o ub 1 M o un ir  Ario ua 2 E l M o k hta En - Na i m i 3   1, 3 L IS T   Lab o ra to ry ,   De p a rt m e n o f   Co m p u ter  S c ien c e ,   F a c u lt y   o f   S c ien c e s an d   T e c h n iq u e s,  T a n g ier,  M o ro c c o   2 Na ti o n a S c h o o o f   A p p li e d   S c ien c e s - T e to u a n ,   A b d e lm a l e k   Essa â d Un iv e rsity ,   M o ro c c o       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Dec   1 1 ,   2 0 1 6   R ev i s ed   Ma r   1 0 ,   2 0 1 7   A cc ep ted   Ma r   2 4 ,   2 0 1 7       En e rg y   e ff icie n c y   is  th e   m o st  c ri ti c a c h a ll e n g e   in   w irele ss   se n so n e tw o rk .   T h e   tran s m issio n   e n e rg y   is  th e   m o st  c o n su m in g   ta sk   in   se n s o n o d e s,   sp e c if ic a ll y   in   larg e   d istan c e s.  Clu ste re d   ro u ti n g   tec h n i q u e a r e   e ff ici e n a p p ro a c h e u se d   to   lo w e th e   tran s m issio n   e n e rg y   a n d   m a x i m ize   th e   n e tw o rk ’s  li f e ti m e .   In   th is  p a p e r,   a   h y b rid   c lu ste re d   ro u ti n g   a p p ro a c h   is  p ro p o se d   f o e n e rg y   o p ti m iza ti o n   in   W S N.  T h is  a p p r o a c h   is   b a se d   o n   K - M e a n s   c lu ste rin g   a lg o rit h m   a n d   L E A CH  p ro to c o l.   T h e   sim u latio n   re su lt s   u sin g   M A TL A to o h a v e   sh o w n   th a th e   p ro p o se d   h y b rid   a p p ro a c h   o u t p e rf o rm L E A CH  p ro to c o a n d   o p ti m ize th e   n o d e e n e rg y   a n d   th e   n e tw o rk   li f e ti m e .   K ey w o r d :   C lu s ter i n g   E n er g y   o p ti m izatio n   K - m ea n s   alg o r it h m     L E AC H   W ir eless   s en s o r   n et w o r k     Co p y rig h ©   2 0 1 7   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 :   A ziz  M AHB OUB   L I ST   L ab o r ato r y ,   Dep ar t m e n o f   C o m p u ter   Scie n ce ,   Facu lt y   o f   Sc ien ce s   an d   T ec h n iq u es  A b d el m ale k   E s s d i U n iv er s it y ,   Stre et  o f   ch ar f   B .   P   4 1 0 ,   T an g i er     Mo r o cc o .   E m ail:  a m ah b o u b @ u ae . ac . m a       1.   I NT RO D UCT I O N     W ir eless   s e n s o r s   n et w o r k   ( W SN)   is   co m p o s ed   o f   g r o u p   o f   w ir ele s s   s e n s o r s   d ep lo y ed   in   f ield   w it h   a   h ig h   d en s it y en ab les  d etec tio n   o f   p h y s ical  p h en o m e n s u c h   as  th er m al,   o p tical,   v ib r atio n   an d   te m p er atu r o r   p r ess u r [ 1 ] ,   [ 2 ] .   W SN  ar b ein g   i n cr ea s i n g l y   u s ed   f o r   s ev er al  ap p licatio n   ar ea s ,   s u c h   as  e n v ir o n m e n tal   m o n ito r i n g ,   m il itar y   tar g et  tr a ck in g ,   h ea lt h ca r e,   s eis m ic  s en s in g ,   etc.   E ac h   s en s o r   n o d is   ass e m b led   w i th   a   tr an s d u ce r ,   m i cr o co m p u ter ,   tr an s ce i v er   an d   p o w er   s o u r ce .   T h ese  w ir eless   n o d es  ar u s u all y   p o w er ed   b y   li m ited   ca p ac it y   b atter ies  w h i ch   r ep lace m en is   d elica te  in   h o s tile  en v ir o n m e n w h er h u n d r ed s   o f   th e m   ar r an d o m l y   d ep lo y ed .   T h m aj o r   li m itatio n s   e n co u n ter ed   i n   W SN  ar en er g y   r eso u r ce s   an d   h ig h   co s t   o f   tr an s m is s io n   [ 3 ] ,   [ 4 ] .   T h er ef o r e,   en er g y   li m itat io n   is   t h k e y   ch alle n g e s   in   w ir eles s   s e n s o r s   n et w o r k ,   s i n ce   th e   b atter ies  ar n o r ec h ar g ea b le  u s u all y   w h ich   li m it s   t h n et wo r k   lif eti m e   [ 5 - 7 ] .   T o   ex ten d   th w ir eles s   n et w o r k   lif eti m e,   t h e n er g y   o f   s e n s o r   n o d es  s h o u ld   b e f f icie n tl y   u s ed .   E n er g y   r eq u ir ed   in   co m m u n icatio n s   is   t h e   i m p o r tan co n s u m in g   p ar co m p ar ed   to   p r o ce s s i n g   p r o ce s s   in   s e n s o r   n o d es   [ 8 ] .   A   v ar iet y   o f   tec h n iq u es  h a v b ee n   d ev elo p ed   in   o r d er   to   r ed u ce   th e   co m m u n ica tio n   e n er g y   co n s u m p t io n .   Op ti m ized   r o u tin g   tec h n iq u e s   s u c h   as c l u s ter i n g   al g o r it h m s   h av b ee n   w id el y   ad o p ted   in   W SN d u to   th eir   en er g y   e f f ec tiv e n ess .     T h is   p ap er   in v esti g a tes  t h en er g y   e f f icie n c y   o f   clu s ter i n g   i n   r o u ti n g   p r o to co l.  W p r o p o s a   s u b s ta n tial  K - Me a n s   cl u s ter in g   al g o r ith m   b ased   o n   L E A C p r o to co w h ic h   co n s i s ts   o f   u s i n g   j o in tl y   K - Me an s   a n d   L E AC ap p r o ac h es.  T h p r o p o s ed   h y b r id   alg o r i th m   is   p r o v ed   to   b en er g y   e f f icien t t h an   L E AC H   p r o to co l a n d   s ig n i f ican tl y   e x te n d s   th s en s o r   n et w o r k   li f e ti m e.   T h r em ai n d er   o f   t h is   p ap er   is   o r g an ized   as  f o llo w s .   Secti o n   2   d is cu s s es  t h o u tli n o f   K - Me a n s   alg o r ith m .   T h i m p r o v ed   K - M ea n s   al g o r it h m   is   d escr ib ed   in   s ec tio n   3 .   Si m u latio n s   a n d   r esu lt s   ar d is c u s s ed   in   s ec tio n   4 .   T h f in al  s ec t io n   co n clu d es t h p ap er   b y   s et tin g   th d ir ec tio n   o f   f u t u r w o r k .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       E n erg y - E fficien t H yb r id   K - Mea n s   A lg o r ith fo r   C lu s tered   Wir ele s s   S en s o r   N et w o r ks  ( A z iz   Ma h b o u b )   2055   2.   K - M E ANS  AL G O RI T H M   K - M ea n s   is   o n o f   th p r o m i s in g   an d   ef f ec ti v cl u s ter i n g   alg o r ith m s   [ 9 ] I co n s is ts   o f   r eg r o u p in g   n o d es  in   t h n et w o r k   i n to   s e v er al  clu s ter s ,   t h f o u n d atio n     o f   clu s ter s   i s   b ased   o n   t w o   p ar a m eter s t h f ir s t   p ar am eter   i s   t h n u m b er   o f   w i s h   cl u s ter s ,   th s ec o n d   p ar a m e ter   is   th E u clid ea n   d is ta n ce   is   u s ed   f o r   lo ca te  th e   clo s est  cl u s ter   f o r   ea ch   n o d e   [ 1 0 ] .   T h s elec tio n   o f   cl u s te r   h ea d s   f o r   t h k - M ea n s   c lu s ter in g   al g o r ith m   is   b ased   o n   t w o   th in g s ; th cl u s t er   h ea d s   p o s itio n   m u s t b th clu s ter   ce n ter ,   an d   th r esid u al   en er g y   o f   th n o d e.   I n   w ir eles s   s en s o r   n et w o r k ,   t h k - M ea n s   c lu s ter in g   m et h o d   is   b ased   o n   a n   iter ati v o p ti m izatio n   o f   th d is ta n ce   b et w ee n   t h n o d e s   to   class i f y .   T h alg o r it h m   g e n er ates K   cl u s ter s   f r o m   s et  o f   n o d es.   T h o b j ec tiv f u n ctio n   o f   K - M ea n s   al g o r ith m   is   [ 1 1 ] ,   [ 12 ]:                                                             ( 1 )     W h er C is   t h s et  o f   n o d es  th at  b elo n g   to   clu s ter   r ,   T h K - M ea n s   cl u s ter i n g   u s es  t h E u clid ea n   d is tan ce                                                          ( 2 )         T h er ef o r th K - M ea n s   alg o r ith m   o n l y   s ee k s   to   f i n d   th g lo b al  m i n i m u m   o f   ch r . W h er x i   is   n o d o f   clu s ter ,   ch r   th cl u s ter   h ea d   [ 12 - 16 ].     2 . 1 .   Alg o rit h m ic  Ste ps   f o k - M ea ns   Clu s t er ing     T h p r o g r ess   o f   th K - M ea n s   clu s ter i n g   al g o r ith m   i s   d o n in   f o u r   p h a s es,  th f ir s s tep   is   ch o o s in g   th d esire d   n u m b er   o f   clu s ter s   to   g en er ate  in   w ir eless   s e n s o r s   n et w o r k ,   t h en   f o r   ea ch   clu s ter   o n   ch o s e n   th e   clu s ter   h ea d   r an d o m l y   c h ,   Af ter   th at tr ib u te  t h clo s est  clu s ter   to   ea ch   n o d u s in g   t h E u clid ea n     d is tan ce   [ 17 ] .   T h e   { x 1 , x 2 , x 3 , . , x n r ep r esen ted   th w ir eles s   s en s o r s   d ep lo y ed   in   f ield   an d   {c h 1 , ch 2 , …. , ch k is   th e   clu s ter s   h ea d   ch o s e n   in i tial l y   r an d o m l y .   1.   I n itialize  t h m id d le  o f   th cl u s ter s   r an d o m l y   ch   w h er e:  r   1   , . . . . , k     an d   < n   2.   A ttrib u te  t h clo s est cl u s ter   to   ea ch   d ata  p o in t   u s i n g     th E u c lid ea n   d is ta n ce                 (             )     (             )                               ( 3 )   3.   Fo r   all  clu s ter s   k ,   t h clu s ter   m id d les  ch   ar u p d ated   u s in g :                                                     ( 4 )       3.   E NE RG M O DE L   A   s en s o r   u s es  it s   e n er g y   t o   ca r r y   o u t h r ee   m ai n   ta s k s ac q u is i tio n ,   d ata  p r o ce s s in g   a n d   co m m u n icatio n .   Ho w e v er ,   th en er g y   u s ed   f o r   ac q u is itio n   is   n o p r o m in e n as  m u c h   as  in   t h co m m u n icatio n   o p er atio n .   L ik e w i s e,   th en er g y   co n s u m e d   in   th d ata   p r o ce s s in g   o p er atio n   is   less   i m p o r t an t h an   co m m u n icatio n   e n er g y   [ 18 ] .     T h p r o p o s ed   ap p r o ac h   u s es  t h f ir s t   o r d er   m o d el  ad o p ted   b y   L E A C H   an d   SEP   p r o to co l s ,   th e   r ad io   m o d el  i s   s h o w n   i n   Fi g u r 1 .         Fig u r 1 .     E n er g y   m o d el  in   w ir e less   s en s o r   n et w o r k [ 1 8 ]   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I J E C E     Vo l.  7 ,   No .   4 A u g u s 2 0 1 7     2 0 5 4     2 0 6 0   2056   Ho w e v er ,   th co n s u m ed   e n er g y   in   d ata  p r o ce s s i n g   o p er ati o n   is   le s s   i m p o r tan t h a n   th e   en er g y   o f   co m m u n icatio n   ( e n er g y   r eq u ir ed   to   s en d   o r   r ec eiv d ata  to   a n o th er   n o d e.     T h d is tan ce   b et w ee n   tr an s m itter   an d   r ec eiv er   in f l u en ce s   t h q u an tit y   o f   t h co n s u m ed   en er g y   to   s en d   d ata  in to   d esti n atio n .   T o   b r o a d ca s K - b it  f o r   d is ta n ce   d ,   th en er g y   ex p e n d   b y   th s y s te m   ca n   b e   ca lcu lated   b y   t h E q u atio n s   ( 5 )   an d   ( 6 ) :   T h ex p en d ed   en er g y   ca n   b s ch e m a tized   as f o llo w s                                                                               ( 5 )     T h en er g y   e x p en d ed   in   t h tr an s m it e lectr o n ics  f o r   f r ee   s p ac p r o p ag atio n     E T x - f s   is   d esc r ib ed   b y :                                 (                         )                                          ( 6 )     T h en er g y   e x p en d ed   i n   t h t r an s m it  e lectr o n ics   f o r   f r ee   m u lti - p ath   p r o p ag atio n   E T x - m p   is   g iv e n   b y :                                 (                           )                                          ( 7 )     T o   r ec eiv m e s s a g o f   k   b its ,   th en er g y   co n s u m ed   b y   t h r ec eiv er   is   g i v e n   b y :                                                                       (8 )     W h er e E Tx   is   t h elec tr ical  en er g y   r eq u ir ed   to   tr a n s m it  a   K - b it  m e s s a g o v er   a   d is ta n ce   d E elec   co r r esp o n d s   to   th e n er g y   p er   b it  r eq u ir ed   in   tr a n s m it tin g   a n d   r ec eiv i n g   elec tr o n i cs  to   p r o ce s s   t h e   in f o r m atio n .          an d            ar co n s tan ts   co r r esp o n d in g   to   t h en er g y   p er   b it  r eq u ir ed   in   t h t r an s m is s io n   a m p li f ier   to   tr an s m it  a n   L - b it   m e s s a g o v er   d is tan ce   d 2   a n d   d 4   f o r   f r ee   s p ac an d   m u lt i - p ath   p r o p ag atio n   m o d e s ,   r esp ec ti v el y .   B y   eq u a t in g   f o r m u la  ( 6 )   an d   ( 7 ) ,   w d e ter m i n t h d is ta n ce   d =d 0   w h en   t h p r o p ag atio n   tr an s itio n s   f r o m   d ir ec t p ath   to   m u lti - p ath :     d 0 =                                ( 9 )     I f   t h d is ta n ce   b et w ee n   th e   tr an s m itter   a n d   t h r ec ei v er   i s   l ar g er   th a n   t h e   cr o s s o v er   d is ta n ce   d 0 ,   t h e   m u lti - p ath   m o d el  is   e m p lo y ed .   Oth er w is e,   t h f r ee   s p ac m o d el  is   ad o p ted   to   m ea s u r t h en er g y   d is s ip atio n .       4.   H YB RID   K - M E ANS  AP P R O ACH   T h p r o p o s ed   r o u ti n g   ap p r o ac h   ai m s   m ai n l y   to   o p tim ize  t h en er g y   co n s u m ed   in   d ata  co m m u n icatio n s .   Usi n g   K - m e an s   cl u s ter i n g   alg o r it h m   alo n g   w it h   L E A C p r o to co en ab le  m e m b er   n o d es  to   b attac h ed   to   t h clo s e s C H   in   t h n et w o r k .   B y   ad o p tin g   th p r o p o s ed   s ch e m e,   t h tr an s m i s s io n   e n er g y   i s   m i n i m ized   an d   th n et w o r k   li f esp an   is   i m p r o v ed .         B y   co n s id er in g   n   n o d es  r an d o m l y   g e n er ate  in   ar ea   w ith   d i m e n s io n   M* M   O u r   ap p r o a ch   , th k - Me an s   cl u s ter in g   al g o r ith m   is   u s ed   i n itiall y   f o r   class i f y   th n o d es  in   w ir eles s   s e n s o r s   n e t wo r k     in   g r o u p s   , T h class i f i ca tio n   tak e s   p lace   as f o llo w s th i n it ializatio n   o f     k   ,   tak   k   n u m b er   o f   g r o u p s   ,   th ch o s en   k    ce n tr o id s   in itial l y   at  r an d o m   p lace s   o f   g r o u p s   w h ic h   w ill b co n s tr u cte d     o r     k<  n   T h n ex s tep   co n s i s ts   o f   g r o u p in g   t h n o d es  in to   clu s ter s   u s in g   t h E u clid ea n   d is tan ce .   E a ch   n o d is   attac h ed   to   th e   clo s est   ce n tr o id   in   th e   n e t w o r k .     T h en   t h e   r ec alcu late   th e   p o s itio n   o f   ce n tr o id   in   ea c h   g r o u p ,   i f   th p o s itio n   o f   t h ce n tr o id   is   ch an g ed   t h en   r etu r n s   to   s tep   t h j o in   o f   ea ch   n o d i n   t h n e w   n ea r es ce n tr o id ;   I f   th p o s itio n   o f   th ce n tr o id s   d o es n o t c h an g e.   Seco n d l y ,   t h L ea c h   p r o to co l   is   u s ed   i n   ea ch   g r o u p   f o r   th s elec tio n   o f       cl u s ter s   h ea d   an d   th e ir   m e m b er s .   T h o p tim a n u m b er   o f   C Hs  is   esti m ated   to   b e   5 o f   th to tal  n u m b er   o f   n o d es  [ 18 ] .   T h n o d e   elec ts   its el f   to   b ec o m clu s te r   h ea d   b y   s o m p r o b ab ilit y   a n d   b r o a d ca s ts   its   s tat u s   to   th g r o u p   m e m b er s .   A   lar g er   n u m b er   o f   n o d es  m a y   elec t   th e m s elv e s   a s   cl u s ter   h ea d s   t h a n   t h d esire d   n u m b e r   o f   cl u s ter   h ea d s . T h is   d ec is io n   is   m ad b y   th n o d b y   ch o o s i n g   r an d o m   n u m b er   b et w ee n   0   an d   1 .   T h n o d b ec o m e s   C f o r   th cu r r en r o u n d   if   th n u m b er   is   les s   th a n   th th r esh o ld   T ( s ) ,   th n o d d ec lar e s   C ac co r d in g   to   th E q u atio n   f o llo w i n g   t h r es h o ld :     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       E n erg y - E fficien t H yb r id   K - Mea n s   A lg o r ith fo r   C lu s tered   Wir ele s s   S en s o r   N et w o r ks  ( A z iz   Ma h b o u b )   2057               {         (         (     ) )                                    }                 ( 1 0 )     W h er p   is   th d esire d   p er ce n tag o f   CH   n o d es  i n   th s en s o r   p o p u latio n   an d   r   i s   th c u r r en r o u n d   n u m b er ,   w h er G k   is   t h g r o u p   o f   n o d es th at  h av n o t b ee n   C Hs in   t h last   1 /p   r o u n d s   [ 18 ].         Fig u r 2 .     Flo w c h ar t o f   t h clu s ter   f o r m a tio n   p r o ce s s   o f   p r o p o s ed   ap p r o ac h       5.   RE SU L T S AN D I SCU SS I O N   A ll   s i m u latio n s   w er p er f o m e d   u s i n g   M A T L A B .   W s tar te d   b y   s er ies  o f   s i m u latio n s   t o   ascer tain   th ex p er i m e n tal  o p ti m al  v al u o f   th n u m b er   o f   claa s i f ied   g r o u p s   t h at  ca n   p r o v id e n er g y   e f f icei n y   in   t h e   s en s o r   n et w o k .   W test ed   th e   p er f o m ed   n et w o r k   w it h   d i f f e r en clu s ter s   n u m b er   ( k=2 ,   k=3   ,   k=4    an d   k=5 ) .   W p er f o m ed   s i m u lat io n   f o r   tw o   al g o r ith m s   ( L E AC a n d   p r o p o s ed   ap p r o ac h ) ,   w co m p ar e   an d   d is cu s s   t h e   o b tain ed   r esu lt s .   T h s i m u lat ed   n et w o r k   co n s i s ts   o f   1 0 0   n o d es  d is tr ib u ted   r an d o m l y   in   an   ar ea   o f   1 0 0   m   ×  100  m .   T h b ase  s tatio n   i s   lo ca ted   at  p o s itio n   ( 5 0 m ,   - 5 0 m ) .   E v er y   n o d tr a n s m it s   a   4 0 0 0 - b it  m e s s a g p er   r o u n d   to   its   clu s ter   h ea d .   T h e   p r o b ab ilit y   o f   b ein g   cl u s ter   h ea is   s et  to   0 . 0 5 ,   a b o u 5 o f   n o d es  p er   r o u n d   b ec o m cl u s ter   h ea d   Fi g u r 3   p r esen ts   t h n u m b er   o f   li v n o d es  v er s u s   tr a n s m i s s io n   r o u n d s   f o r   H y b r id   K - m ea n   ap p r o ac h   f o r   d if f er e n t   class i f icat io n   n u m b er   ( K ) .     T h b est  en er g y   p er f o r m a n ce   o f   t h p r o p o s ed   ap p r o ac w a s   o b tain ed   w h en   K =3 T h s tab ilit y   p er io d   w as   s u f f ic ien t l y   ex ten d ed   an d   th e   n et w o r k   lifm et i m e   w a s   en o r m o u s l y   le n g h te n en d .   I n   co n s eq u e n ce ,   w ch o o s t o   p er o f m   t h H y b r id   K - Me an   ap p r o ac h   w i th   t h e   o p tim a l v al u o f   cla s s i f icatio n   ( K =3 ) .     I n   o r d er   to   ev alu a te  t h p r o p o s ed   ap p r o ac h   p er f o r m a n c e,   s e v er al  p lo ts   w er e   g en er ated   to   ch ar ac ter ize   en er g y   co n s u m p tio n   a n d   th e   d is tr ib u tio n   o f   l iv a n d   d ea d   n o d es   in   th h y b r id   K - Me an s   n et w o r k .   W ca lcu late   th e   to tal  W S e n er g y ,   an d   d i s tr ib u tio n   o f   ali v n o d es  f o r   ea ch   m e th o d   ( L E AC a n d   H y b r id   K - Me an s )   o n   co m m o n   p lo ts   to   co m p ar n e t w o r k   p er f o r m a n c e.   T h to tal  s y s te m   en er g y   a n d   n u m b er   o f   n o d es   v er s u s   tr an s m is s io n   r o u n d   ar s h o w n   in   F ig u r an d   Fig u r 5   r esp ec tiv el y .   s.   Si m u latio n   to tal  e n er g y   o f   t h n et w o r k   u s in g   L E AC H   p r o to co an d   t h p r o p o s ed   H y b r id   K - Me a n s   alg o r ith m   is   ca r r ied   o u t   i n   o r d er   to   ev al u ate  t h e   a lg o r it h m s   e n er g y   p er f o r m a n ce .   T ab le  1   s h o w   t h s i m u lat io n   p ar am eter s   u s ed   i n   th is   w o r k .     T h co m p ar is o n   w ca r r y   o u in   t h is   w o r k   b et w ee n   t h p r o p o s ed   ap p r o ac h   an d   L E A C p r o to co is   b ased   o n   s o m k e y   p er f o r m a n ce   p ar a m eter s   o f   w ir eles s   s e n s o r s   n et w o r k :   f ir s tl y ,   t h n et w o r k   li f eti m t h at   d escr ib th ti m i n ter v a b et w ee n   t h e   s tar t   o f   th e   n e t w o r k   o p er atio n   an d   th e   d ea th   o f   th last   s e n s o r   n o d e.   T h s ec o n d   p ar am eter   is   t h n u m b er   o f   aliv n o d es  w h ich   is   th to tal  n u m b er   o f   th s e n s o r   n o d es  th at  h av e   n o y et  d ep leted   all  o f   th e ir   en er g ie s .   T h th ir d   p ar am eter   is   th n u m b er   o f   d ea d   n o d es  w h ic h   is   t h to tal   n u m b er   o f   s e n s o r   n o d es  t h a h a v co n s u m ed   all  o f   t h ei r   en er g y   a n d   ar n o ab le  t o   d o   an y   k i n d   o f   f u n ctio n alit y .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I J E C E     Vo l.  7 ,   No .   4 A u g u s 2 0 1 7     2 0 5 4     2 0 6 0   2058   T h o b tain ed   r esu lts   h a v e   d em o n s tr ated   th at  th p r o p o s ed   ap p r o ac h   r e d u ce s   th en er g y   c o n s u m p tio n   b y   r o u n d ,   a n d   e x te n d   th e   n e t w o r k   li f eti m e.   A cc o r d in g   to   F i g u r 4 ,   t h e n er g y   co n s u m p tio n   r ate  o f   th e   p r o p o s ed   ap p r o ac h   is   les s   t h a n   t h L E AC H   p r o to co l.  A ap p r o x i m atel y   r o u n d   2 3 0 0   an d   2 40 0   f o r   th L E AC H   p r o to co l,  th er is   n o   en er g y   i n   t h W SN;  O n   t h o th er   h a n d   th e x h au s tio n   o f   s y s te m   en er g y   i n   p r o p o s ed   ap p r o ac h   b eg in s   a 4 0 00   r o u n d s ,   th er ef o r t h p r o p o s ed   ap p r o ac h   p r o v id ed   th lo n g est  li f eti m o f   W SN  d u e   to   th L ea c h   p r o to co l .       T ab le  1 . Sim u lat io n   p ar a m eter s   S i mu l a t i o n   A r e a   1 0 0   m   *   1 0 0   m   B S   L o c a t i o n   ( 5 0   m ,   - 1 0 0   m)   N u mb e r   o f   N o d e s   1 0 0     T r a n smiss i o n   a m p l i f i e r   f r e e   sp a c e   εf s   1 0   p J / b i t / m 2   T r a n smissi o n   a mp l i f i e r ,   mu l t i p a t h     ε m p   0 . 0 0 1 3   p J/ b i t / m 4   D a t a   A g g r e g a t i o n   En e r g y   5     n J / b i t / msg   T r a n smissi o n   E n e r g y   E T x   5 0   n J   R e c e i v i n g   E n e r g y   ER X   5 0   n J   N e t w o r k   D i me n si o n   1 0 0 m* 1 0 0 m   S i g n a l   w a v e l e n g h t     λ   0 . 3 2 5   m   A n t e n n a   g a i n   f a c t o r     G G r   1   M e ssag e   si z e   ( b i t s)   4 0 0 0   b i t s   I n i t i a l   n o d e   e n e r g y   0 . 5   J             Fig u r 3 .   Nn u m b er   o f   n o d es a l iv v er s u s   tr an s m is s io n   r o u n d   f o r   p r o p o s ed   ap p r o ac h   I n   d if f er e n t k     Fig u r 4 .   T o tal  s y s te m   en er g y   v er s u s   tr an s m is s io n   r o u n d   f o r   L E AC a n d   p r o p o s ed   ap p r o ch           Fig u r 5 .   Nn u m b er   o f   n o d es a l iv v er s u s   tr an s m i s s io n   r o u n d     f o r   L E A C an d   p r o p o s ed   ap p r o ac h   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       E n erg y - E fficien t H yb r id   K - Mea n s   A lg o r ith fo r   C lu s tered   Wir ele s s   S en s o r   N et w o r ks  ( A z iz   Ma h b o u b )   2059   6.   CO NCLU SI O N   T h m ai n   o b j ec tiv o f   th is   w o r k   is   to   p r o p o s n o v el  cl u s te r in g   r o u ti n g   ap p r o ac h   b ased   o n   k - Me an s   alg o r ith m   a n d   L E AC p r o to co ap p lied   f o r   w ir eles s   s en s o r   n et w o r k s .   T h p r o p o s ed   ap p r o ac h   m in i m izes  th e   en er g y   co n s u m p tio n ,   e x ten d s   t h n et w o r k   li f eti m o f   t h s e n s o r   n o d es T h ev o l u tio n   a n d   en h a n ce m en t o f   t h p r esen ted   r o u tin g   al g o r ith m   s h o u ld   b d o n in   th f u t u r to   s u p p o r t m u ltip at h   an d   h eter o g e n eo u s   m o d es.       RE F E R E NC E S   [1 ]   V e h b iÇağ rıG ü n g ö a n d   G e rh a rd   P .   Ha n c k e ,   In d u strial  W irele ss   S e n so Ne tw o rk s:  A p p li c a ti o n s,  P r o to c o ls,   a n d   S tan d a rd s” ,   CRC   P re ss   8 3 ,   p p 1 0 2 7 - 4 0 ,   2 0 1 3 .   [2 ]   I.   A k y il d iz,  A   S u rv e y   o n   S e n so Ne tw o rk s” ,     IEE Co m m u n .   M a g . ,   v o l.   4 0 ,   n o .   8 ,   p p .   1 0 2   - 1 1 4 ,   2 0 0 2 .   [3 ]   He in z e l m a n   W ,   Ch a n d ra k a sa n   A ,   Ba la k rish a m   H,  En e rg y - Ef fi c ien Co mm u n ica t io n   Pro t o c o l   fo W ire les M icr o se n so Ne two rk s” ,   In   P r o c e e d in g   o f   th e   3 3 rd   A n n u a H u a w a ii   In tern a ti o n a C o n f e re n c e   o n   S y ste m   S c ien c e s,   p p .   3 0 0 5 - 1 4 ,   2 0 0 0 .   [4 ]   A z i z   M a h b o u b ,   M o u n ir  A rio u a ,   EL   M o k h tar  En - Na im ian d   Im a d Ezz a z i,   M u lt i - zo n a A p p r o a c h   fo Cl u ste re d   W ire les S e n so Ne two rk s” ,   2 nd   In tern a ti o n a Co n f e re n c e   o n   El e c tr ica a n d   In f o rm a ti o n   T e c h n o l o g ies ,   ICEIT   2 0 1 6 ,   M a y   4 - 7 ,   2 0 1 6 .   [5 ]   A z i z   M a h b o u b ,   M o u n ir   A rio u a ,   E L   M o k h tar   En - N a i m i,   I m a d   Ez z a z i,   P e rf o r m a n c e   E v o lu ti o n   o f   En e rg y - E ff icie n Clu ste rin g   A lg o rit h m in     W irele ss   S e n so Ne tw o rk ,   J o u rn a o T h e o re ti c a a n d   A p p li e d   I n f o rm a ti o n   T e c h n o lo g y 2 0 1 6 .   [6 ]   P e n g   Z h u ,   A   Ne w   A p p ro a c h   to   S e n so E n e rg y   S a v in g   A l g o rit h m ,   T EL KOM NIKA ,   Vo l.   1 1 ,   N o .   5 ,     p p .   2 4 8 5   ~   2 4 8 9 ,   2 0 1 3 .   [7 ]   Nish S h a rm a ,   V a n d n a   V e rm a ,   En e rg y   Eff i c ien L E A CH  P ro to c o f o W irele ss   S e n so Ne tw o rk ,   In ter n a ti o n a l   J o u rn a o In fo rm a ti o n   &   Ne two rk   S e c u rity ( IJ INS ) Vo l.   2 ,   N o .   4 ,   p p .   3 3 3 ~ 3 3 8 ,   2 0 1 3 .   [8 ]   M e c h ta  D,   Ha ro u s   S   A l e m   Kh e b b a b   D,  L EA CH - CKM L o En e rg y   Ad a p ti v e   Clu ste rin g   Hie ra rc h y   p ro to c o l   wit h   K - M e a n s   a n d   M T E” 1 0 th   In tern a ti o n a l   Co n f e re n c e   o n   I n n o v a ti o n in   I n f o rm a ti o n   T e c h n o lo g y ,   2 0 1 4 .   [9 ]   Ka n u n g o   T ,   M o u n DM ,   Ne tan y a h u   NS,   P iatk o   CD,  S il v e rm a n   R,   W u   A Y,  A n   E ff icie n k - M e a n s   Clu ste rin g   A l g o rit h m   A n a l y sis a n d   I m p le m e n t a ti o n ,   IEE E   T   P a tt e rn   An a l ,   2 4 :8 8 1 92 ,   2 0 0 2 .   [1 0 ]   Ce leb M E,   Kin g ra v HA ,   V e la  P A ,   A   Co m p a ra ti v e   S tu d y   o f   Eff icie n In it ializa ti o n   M e t h o d s   f o th e   k - M e a n s   C lu ste rin g   A lg o rit h m ,   Exp e rt   S y st A p p l ,   4 0 : 2 0 0 10 ,   2 0 1 3 .   [1 1 ]   V e lm u ru g a n   T .   P e rf o r m a n c e   b a se d   a n a l y sis  b e t w e e n   k - M e a n s   a n d   F u z z y   C - M e a n s   c lu ste rin g   a lg o rit h m f o r   c o n n e c ti o n   o rien ted   tele c o m m u n ica ti o n   d a ta” .   A p p l   S o f Co m p u t , 1 9 :1 3 4 46 ,   2 0 1 4 .   [1 2 ]   Ha rb   H.a.,   M a k h o u A ,   L a i y m a n D.a,   Ja b e A . b . , T a w il   R. b . ,   “K - M e a n s   b a se d   Clu ste rin g   A p p r o a c h   fo Da t a   Ag g re g a ti o n   i n   Per io d ic  S e n so N e two rk s” ,   10 th   IEE In tern a ti o n a Co n f e re n c e   o n   W irele s a n d   M o b il e   Co m p u ti n g ,   Ne t w o rk in g   a n d   Co m m u n ica ti o n s,  p p .   434 - 4 1 ,   2 0 1 4 .   [1 3 ]   Nith y a k a l y a n S . a ,   G o p i n a th   B. b . ,   A n a ly sis  o f   No d e   Clu ste ri n g   A l g o rit h m o n   Da ta  A g g r e g a t io n   in   W irele ss   S e n so Ne tw o rk ,   J o u rn a l   o f   S c ie n ti fi c   a n d   In d u stri a Res e a rc h ,   7 4   Iss u e   1 ,   p p .   38 - 4 2 ,   2 0 1 5 .   [1 4 ]   Ku m a r   P . a . ,   Ch a t u rv e d i   A . b . L if e   T ime   En h a n c e me n o W ire les S e n so Ne two rk   u sin g   F u zz y   c - M e a n s   Clu ste rin g   A lg o rith m ,   I n tern a ti o n a Co n f e re n c e   o n   El e c tro n ics   a n d   Co m m u n ica ti o n   S y ste m s,  2 0 1 4 .   [1 5 ]   T a n   L . a b ,   G o n g   Y.a.,   Ch e n   G . a . ,   Ba l a n c e d   Pa ra ll e Clu ste rin g   Pro to c o fo W ire les S e n so N e t wo rk u sin g   K - M e a n s   T e c h n i q u e s” ,   2 nd   In tern a ti o n a C o n f e re n c e   o n   S e n s o T e c h n o lo g ies   a n d   A p p li c a ti o n s,   2 0 0 8 .   [1 6 ]   T h a T .   V u ,   V iet  D.  Ng u y e n 2 ,   Hie n   M .   Ng u y e n ,   A n   En e rg y - Aw a re   Ro u ti n g   P r o t o c o f o W irele ss   S e n so r   Ne tw o rk Ba s e d   o n   K - M e a n s   Clu ste rin g ,   A E TA   2 0 1 3 Re c e n A d v a n c e in   El e c tri c a En g in e e ri n g   a n d   Re late d   S c ien c e s ,   pp .   2 9 7 - 3 0 6 ,   2 0 1 4 .   [1 7 ]   Dia n h u   C h e n g   ,   X ia n g q ian   Di n g   ,   Jia n x in   Zen g   ,   Nin g   Ya n g   , Hy b rid   K - m e a n A l g o rit h m   a n d   G e n e ti c   A lg o rit h m   f o Clu ste A n a l y sis” ,   T E L KO M NIK A   In d o n e si a n   Jo u r n a o f   El e c tri c a En g in e e rin g ,   V o l. 1 2 ,   No . 4 ,   p p .   2 9 2 4   ~   2 9 3 5 ,   2 0 1 4 .   [1 8 ]   A z i z   M a h b o u b ,   M o u n ir  A rio u a ,   EL   m o k h tar  En -   n a i m i,   I m a d   Ezz a z a n d   A h m e d   El   Ou a lk a d .   M u lt i - z o n a l   a p p ro a c h   Cl u ste rin g   b a se d   o n   S t a b le  El e c ti o n   P ro t o c o i n   He tero g e n e o u W irele ss   S e n so Ne t w o rk s” .   IEE 4 th   Ed it i o n   o f     th e   I n tern a ti o n a C o ll i q u i u m   o n   In f o rm a ti o n   S ien c e   a n d   T e c h n o lo g y   CiS t' 1 6 ,   2 0 1 6 .       B I O G RAP H I E S   O F   AUTH O RS        Aziz   M a hb o ub   is   P h s tu d en i n   L IS T   ( L a b o ra to ire  d ' In f o r m a ti q u e ,   S y stè m e e t   T é c o m m u n ica ti o n s)  L a b o ra to ry ,   De p a rt m e n o Co m p u ter  S c ien c e .   F a c u lt y   o S c ien c e a n d   T e c h n iq u e s,  T a n g ier,  M o r o c c o ,   a t   th e   Un iv e rsit y   o f   A b d e l m a le k   Essa â d i .   His  re se a rc h   in tere st in c lu d e   w irele ss   s e n so n e t w o rk s,   w irele s n e tw o rk in g   a n d   c o m m u n ica ti o n .   He   is  a n   a u to o f   se v e r a a rti c l es .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I J E C E     Vo l.  7 ,   No .   4 A u g u s 2 0 1 7     2 0 5 4     2 0 6 0   2060     M o u n ir  Ar io u a   r ece iv e d   h is  P h . d e g re e   in   T e lec o m m u n ica ti o n s   a n d   C o m p u ter  S c ien c e   f ro m   Ca d Ay y a d   Un i v e rsit y   o f   M a rra k e c h   i n   2 0 1 2 .   I n   2 0 1 2 ,   h e   j o i n e d   t h e   Na ti o n a S c h o o o f   A p p li e d   S c ien c e s   o f   M a rra k e c h   a re s e a rc h   a ss ista n a n d   a ss istan p ro f e ss o r.   Cu rre n tl y ,   h e   is  p ro fe ss o r   a Na ti o n a l   S c h o o o f   A p p li e d   S c ien c e in   th e   d e p a rtm e n t   o f   En g in e e rin g   T e c h n o lo g i e s,  Un iv e rsity   o f   A b d e l m a le k   Es sa a d i.   His  re se a r c h   in tere sts  in c l u d e   w irele ss   se n so n e t w o rk s,  In tern e o f   th i n g s w irele ss   n e t w o rk in g   a n d   c o m m u ni c a ti o n ,   w irele ss   c o m m u n ica ti o n a n d   m o b il e   c o m p u ti n g ,   re a l - ti m e   p ro c e ss in g   a n d   e m b e d d e d   sy ste m s.         El  M o k h t a r   En - Na i m i   is  a   P ro f e ss o in   F a c u lt y   o f   S c ien c e a n d   T e c h n o l o g ies   o f   T a n g ier ,   De p a rtme n o f   Co m p u ter  S c ien c e .   He   is  re sp o n sib le   f o a   Ba c h e lo o f   S c ien c e a n d   T e c h n o l o g ies ,   BS T   Co m p u ter.  A c tu a ll y ,   h e   is  a   He a d   o f   Co m p u ter  S c ien c e   De p a rtm e n t,   sin c e   Oc to b e 2 0 1 6 .   He   i a lso   a   m e m b e o f   th e   LIS T   Lab o ra to ry   ( L a b o ra to ire  d ' In f o rm a ti q u e ,   S y stè m e e t   T é c o m m u n ica ti o n s),  th e   Un iv e rsity   o A b d e lma lek   Essa â d i,   F S T   o f   T a n g ier,   M o ro c c o .   He   is  a n   A u to a n d / o C o - A u to o f   se v e ra l   A rti c les   in   Co m p u ter  S c ien c e ,   in   p a rti c u lar,   in   S M A ,   Ca se Ba se d   Re a so n in g   (CBR),  e L e a rn in g ,   Big   D ATA ,   Da t a m in in g ,   W irele s se n so n e tw o rk ,   V A Ne t,   M A N e t,   e tc.    In   a d d it io n ,   h e   is  a n   A s so c iate   M e m b e o f   th e   IS CN  -   In stit u te  o f   Co m p lex   S y ste m i n   No rm a n d y ,   th e   Un iv e rsity   o f   th e   Ha v re ,   F ra n c e .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.