I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m p ute r  E ng in ee ring   ( I J E CE )   Vo l.   9 ,   No .   3 ,  J u n e   201 9 ,   p p .   2131 ~ 3 1 4 0   I SS N:  2088 - 8708 ,  DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j ec e . v 9 i 3 . p p 2 1 3 1 - 2140           2131       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   Da ta  c o llection  a l g o rith m  f o r  w ireless   s enso r  n etw o rk s  using   c o lla bo ra tive  m o bile  e le m e nts       Alha s a na t   Abdu l la h 1 ,   Alha s a na t   K ha led 2 ,   Ah m e d M a a m o un 3   1 De p a rtme n t  o f   Co m p u ter E n g in e e rin g ,   A lh u ss e in   Bin   T a lal  Un iv e rsity ,   Jo rd a n   2 F a c u lt y   o f   In f o r m a ti o n   T e c h n o l o g y ,   M id d le E a st U n iv e rsity ,   Jo rd a n   3 De p a rtme n t  o f   Co m p u ter S c ien c e ,   A q a b a   U n iv e rsit y   o f   T e c h n o lo g y ,   Jo rd a n       Art icle  I nfo     AB ST RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   No v   17 ,   2 0 1 7   R ev i s ed   Dec   6 ,   2 0 1 8   A cc ep ted   J an   2 ,   2 0 1 9       T h e   si m p les t  a p p ro a c h   to   re d u c e   n e tw o rk   late n c y   f o r  d a ta  g a th e rin g   i n   w irele ss   s e n so r  n e tw o rk s   ( W S N)  is  to   u se   m u lt ip le  m o b il e   e le m e n ts  ra th e r  th a n   a   sin g le  m o b il e   sin k .   Ho w e v e r,   th e   m o st  c h a ll n e g in g   issu e s  f a c e d   th is  a p p ro a c h   a re   f irstl y   th e   h ig h   n e tw o rk   c o st as   a   re su lt   o f   u sin g   larg e   n u m b e r  o f  m o b il e   e le m e n ts.  S e c o n d ly ,   it   su ff e rs  f ro m   th e   d i ff icu lt y   o f   n e t w o rk   p a rti ti o n i n g   to   a c h iev e   a n   e ff ic ien t  lo a d   b a lan c in g   a m o n g   th e se   m o b il e   e le m e n ts.  In   th is  st u d y ,   a   c o ll a b o ra ti v e   d a ta  c o ll e c ti o n   a lg o rit h m   ( CDCA )  is   d e v e lo p e d .   S im u latio n   re su lt s  p re se n ted   in   th is  p a p e r  d e m o n stra ted   th a t  w it h   th is  a lg o rit h m   th e   late n c y   is  sig n if ica n tl y   r e d u c e d   a t  s m a ll   n u m b e r  o f   m o b il e   e le m e n ts.  F u rth e rm o re ,   th e   p e rfo rm a n c e   o f   CDC A   a lg o rit h m   is   c o m p a re d   w it h   th e   A re a   S p li tt in g   A lg o rit h m   ( A S A ).   Co n se q u e n tl y ,   th e   CD CA  sh o w e d   su p e rio r  p e rf o rm a n c e   in   term s  o f   n e t w o rk   late n c y ,   lo a d   b a lan c in g ,   a n d   th e   re q u ired   n u m b e r  o f   m o b il e   e le m e n ts.   K ey w o r d s :   C o llab o r ativ e  m o b ile  ele m en ts     Data   g at h er in g     Mu ltip le  m o b ile  ele m e n ts     W ir eless   s en s o r   n et w o r k s   Co p y rig h t  ©   2 0 1 9   In stit u te o f  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 l  rig h ts re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   A l h asa n at  A b d u l lah ,     Dep ar t m en t o f   C o m p u ter   E n g i n ee r in g ,   A l h u s s ein   B i n   T alal  Un iv er s i t y ,     Ma an ,   J o r d an ,   P.O. B o x   2 0 .   E m ail:  ab ad @ a h u . ed u . j o       1.   I NT RO D UCT I O N     I n d ee d ,   u s in g   a  s in g le  m o b ile  ele m e n t  f o r   d ata  g ath er i n g   i n   W ir eless   Sen s o r   Net w o r k s   ( W SNs )   lead s   to   h ig h   laten c y ,   p ar ticu lar l y   f o r   lar g e  s en s o r   f ield s   [ 1 ] .   I n   ad d itio n ,   it  is   o f ten   d i f f icu l t  f o r   a  s in g le  m o b il e   ele m e n t  to   tr av er s e  lo n g   p ath s   a n d   co llect  d ata  f r o m   all   n o d es  d u e  to   th e  li m ited   en er g y   r eso u r ce s   [ 2 ] .   Fo r   th ese  r ea s o n s ,   d o ze n s   o f   tech n iq u es   h a v e  b ee n   e m er g e d   w h ic h   i n tr o d u c ed   th e  co n ce p t  o f   u s i n g   s e v er al  m o b ile   ele m en ts   f o r   d ata  g at h er in g   tas k s   [ 3 ] - [ 5 ] .   W ith   t h i s   ap p r o ac h ,   th e  p ath   le n g t h   o f   m o b ile   ele m en ts   is   s h o r ten ed   w h ic h   as  a  r esu l t  lead s   to   m in i m ize  th e  e n er g y   co n s u m p tio n   a n d   to   r ed u ce   th e  o v er all  d ata   g ath er i n g   late n c y .   I n   s p ite  o f   t h e  b en e f it s   o f   u s i n g   m u lt ip le  m o b ile  e le m e n t s   ap p r o ac h ,   it in tr o d u ce s   ad d itio n a l   co s t  to   th e  n e t w o r k   s i n ce   t h e   n u m b er   o f   m o b ile  ele m e n ts   in v o l v ed   in   th e  d a ta  g ath er i n g   tas k   is   in cr ea s ed .   T h is   r ep r esen ts   u n f ea s ib le  s o l u tio n   f o r   m an y   W SN  ap p l icati o n s   [ 6 ] - [ 8 ] .   T h e  m ai n   ch a llen g in g   o f   t h is   s tu d y   is   th er ef o r e  to   u s e  t h e  lo w est p o s s ib le  n u m b er   o f   m o b ile  ele m e n ts   w h il s t  m in i m iz in g   d ata  g at h er in g   late n c y .     I n   th is   p ap er ,   a  n e w   d ata  g ath er in g   tech n iq u e  ca lled   C o llab o r ativ e  Data   C o llectio n   A l g o r ith m   ( C DC A ) ,   is   i n tr o d u ce d .   T h e  k e y   id ea   o f   t h e  p r o p o s ed   alg o r ith m   i s   to   d iv id e  th e  n e t wo r k   f ield   in to   f ix ed   p ar titi o n s   o f   eq u al  ar ea s .     T h en ,   ea ch   p ar titi o n   is   allo ca ted   to   a  m o b ile  ele m e n t  f o r   w h ic h   th is   m o b ile  ele m e n t   tr av er s es  in   a   p r ed eter m i n ed   p ath   an d   co l lect s   d ata  f r o m   s en s o r   n o d es  b elo n g   to   its   ar ea   an d   u p lo ad   th e   co llected   d ata  in to   a   s i n k   n o d e .   T h e  p ath   o f   th e   m o b ile   ele m en t  i s   d esi g n ed   s u ch   t h at,   f ir s tl y ,   all  n o d es  s h o u ld   b e  co v er ed   an d   s ec o n d l y   th e   p ath   le n g t h   o f   t h e  m o b ile  ele m en t  s h o u ld   b e  s ati s f ie d   w it h   th e   p ath   co n s tr ai n t   w h ic h   is   u s u all y   g i v e n   in   ad v a n ce .           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 .   3 ,  J u n e   201 9   :   2 1 3 1   -   2 1 4 0   2132   T h e  b en ef it s   o f   u s i n g   t h is   a lg o r ith m   ar e:  f ir s tl y ,   th e  s h o r te s t  p ath   al g o r it h m ,   s u c h   a s   T r av el  Sale s   Ma n   P r o b lem   ( T SP ) ,   is   n o t  r eq u ir ed   s in ce   t h e  m o b ile  ele m en t  w ill  b e  m o v i n g   i n to   a  p r ed ete r m i n ed   p ath   d esig n ed   to   p ass   th r o u g h   co m m u n icatio n   r an g e  o f   ev er y   s en s o r   n o d e.   Seco n d ly ,   t h e  C DC A   al g o r ith m   i s   co n s id er ed   as  lo ca tio n - u n a w a r e  as  m o b ile  ele m e n ts   co llect   d ata  f r o m   n o d es  o n - f l y   a n d   lo ca tio n s   o f   s e n s o r   n o d es  d o   n o t  n ee d   to   b e  a v a ilab le  in   ad v a n ce .   T h ir d l y ,   C DC A   i s   h i g h l y   s ca lab le  al g o r ith m   as   r e m o v in g   ( o r   ad d in g )   n o d es  m ak e s   n o   ef f ec ts   o n   t h e  p ath   o f   th e  m o b ile  ele m en t.  Fo u r t h l y ,   s in ce   all  m o b ile  ele m en t s   h av e  id en tical   p ath   le n g th s ,   i n   ad d itio n   to   r ed u ce   th e   d ata  g ath er in g   late n c y ;  it   allo w s   t h e  m o b ile   ele m en t s   to   p r o v id e  a  co n s i s ten t  d ata  co ll ec tio n   f r eq u en c y   to   t h e  s i n k   n o d e.   Fu r t h er m o r e,   as   s e n s o r   n o d es  ar e  t y p icall y   d is tr ib u ted   in   a  u n i f o r m   r an d o m   m an n er ,   all  p ar titi o n s   ar e  al m o s t  ac co m m o d ati n g   th e  s a m e  n u m b er   o f   s en s o r   n o d es.  T h is   in   t u r n   p r o v id es   f air l y   lo ad s   to   th e  m o b ile  ele m e n ts   i n   ter m   o f   d ata  b u f f er in g   an d   p o w er   co n s u m p tio n .   T h is   p ap er   is   o r g an ized   as   f o l lo w s .   T h e  li ter atu r e  r e v ie w   i s   g i v en   in   th e  n e x t  s ec tio n .   T h e  p r o b lem   s tate m en t   is   f o r m u lated   i n   S ec tio n   3 .   I n   Sectio n   4 ,   t h e  p r o p o s ed   m et h o d   is   d escr ib ed .   T h e  p er f o r m a n ce   an al y s is   a n d   s i m u latio n   r es u lt s   ar e  d is cu s s ed   i n   Sectio n   5 .   T h e  co n clu s io n   is   d r a w n   i n   Sect i o n   6 .       2.   L I T E R AT U RE   R E VI E W   R ec en t l y ,   u s in g   m u ltip le  m o b ile  ele m e n ts   f o r   d ata  g at h er in g   i n   W SN  h a v e  b ec a m e  a n   i m p o r tan t   tr en d   in   liter at u r e,   as  i t  p r o v id ed   a  s tr aig h t f o r w ar d   ap p r o ac h   to   i m p r o v e  th e   n et w o r k   s ca la b ilit y ,   late n c y   a n d   th r o u g h p u t  [ 2 ] - [ 2 9 ] .   Fo r   ex am p le,   to   k ee p   a w a y   f r o m   t h e  d ata  th r ash i n g   d u e  to   b u f f er   s p r ea d   o u t,  au th o r   in   [ 4 ]   p r o p o s ed   th e  P ar titi o n in g - b ased   Sc h ed u li n g   ( P B S)  alg o r ith m   to   p r o g r a m   th e  ar r a n g e m e n t s   o f   m o b ile   ele m e n ts   in   a  s e n s o r   s et  o f   co n n ec t io n s .   T h is   ap p r o ac h   d iv id es  t h e   r elate d   m o b ile  ele m e n ts   in to   t w o   s u b - p r o b lem s .   T h en ,   a ll  n o d es  ar e  co r r esp o n d in g l y   d i v id ed   in to   v ar io u s   p ar ts   w it h i n   a   g r o u p ,   an d   t h en   t h e   s ch ed u lin g   al g o r ith m   atte m p te d   to   r ed u ce   th e  o v er h ea d   o f   m o v in g   b ac k   ac r o s s   t h e  d is ta n t  n o d es.  Usi n g   MP P   p r o b lem   f o r   th e   m o b ile  ele m en ts   to   ex te n d   t h e  li f e  s p an   o f   W SN  in s tead   o f   u s in g   th e  s in g le  p ath   w as   also   in v e s ti g ated .   I n   [ 1 2 ]   f ix ed   K   an d   ad ap tiv e  K  s c h e m es  p l an n ed   n u m er o u s   p ath s   f o r   t h e  m o b ile  ele m e n t.   T h ese  p ath s   w er e  d esig n ed   in   o r d er   t o   m ai n tai n   s tab ili t y   o n   en er g y   u s e  f o r   s ep ar ate  s en s o r   n o d es.  As  a  r esu l t   o f   th i s   s t u d y ,   t h e  m u lti - p at h   ca n   p r o lo n g   th e  l if e  ti m e  u p   to   f o u r   ti m es.    I n   f ac t,  late n c y   is   t h e  m o s t  i m p o r ta n t  i s s u e  w h en   co n ce r n in g   d ata  co llectio n   w it h   m u lti p le  m o b ile   ele m e n ts   [ 7 ] - [ 2 9 ] .   I n   f ac t,  d ata   co llectio n   late n c y   i s   m ai n l y   i n f lu e n ce d   b y   t h e  s p ee d   o f   t h e  m o b ile  e le m e n t a n d   len g th   o f   to u r   f o r   w h ich   th e   m o b ile   ele m en t   w ill  tr av er s e.   I n   an   ea r lier   w o r k   [ 1 1 ] ,   it  m o v ed   to   o v er co m e  t h i s   p r o b lem   b y   r ed u ci n g   t h e  to u r   len g t h   o f   t h e  m o b ile  e n tit y   b ased   o n   w h et h er   th e  b ase  s ta t io n   ( B S)  ca n   m o v e   th r o u g h   t h e  n et w o r k s   o r   n o t.  Ho w e v er ,   i n   ca s e  w h e n   t h e  B S  ca n n o t  m o v e,   it   id en t if ied   s o m e   m o b ile   ele m e n ts   ( ME s )   to   co llect  d ata   an d   r et u r n ed   it  to   th e   B S.  He n ce ,   t h r e e  d if f er en t   p r o ce d u r es  w er e  p r o p o s ed   f o cu s i n g   o n   th i s   p r o b le m .   First  a n d   f o r em o s t  is   t h e  ar ea - s p litt i n g   al g o r ith m   ( A S A ) ,   w h ich   d i v id es   th e  n et w o r k s   in to   v ar io u s   p ar ts ,   ea ch   m o b ile  en tit y   is   u s ed   f o r   g at h er in g   d ata  f r o m   o n e  o f   th e  s to p   p o in ts .   Seco n d   m e th o d   is   L lo y d ’ s   b ea s ed   al g o r ith m   w h i ch   d ea ls   w it h   s e n s o r   n et w o r k s   th at   ar e  r a n d o m l y   o r g a n ized .   T h ir d   m e th o d   i s   t h e   Gen etic  b ased   alg o r ith m   w h i ch   is   co n s id er ed   as  an   in telli g en t  al g o r ith m   in   t h e  s en s e  o f   u tili zi n g   m o b ile   ele m e n t to u r   o p ti m izat io n   s c h e m es.   Oth er   r esear c h ,   s u ch   as  [ 5 ] ,   [ 1 0 ] ,   [ 1 4 ] ,   [ 1 7 ]   an d   [ 2 4 ]   h a v e  f o cu s ed   o n   o b tain in g   o p ti m al  tr aj ec to r ies   o f   m u ltip le  m o b ile  ele m e n ts .   Fo r   ex a m p le,   i n   [ 2 4 ]   th e   k - tr av elli n g   s ale s p er s o n   w it h   n ei g h b o r   ( k - T SP N)   is   in tr o d u ce d .   I n   th i s   m et h o d ,   ea ch   m o b ile  ele m en t  w h ile   m o v in g   i n   it   is   p ath   ca n   b r o ad ca s t  d ata  to   t h e  s in k   i n   its   ap p r o p r iate  p o s itio n .   Mo r eo v er ,   a  s tu d y   li k e  [ 8 ] ,   [ 1 3 ] ,   [ 1 7 ] ,   [ 2 1 ]   an d   [ 2 6 ]   en d ea v o u r ed   to   tack le  th e  la ten c y   p r o b lem   w h ils t  m ai n tai n i n g   l ess   p o w er   co n s u m p tio n .   Fo r   in s ta n ce ,   in   [ 2 1 ]   a  co o p er at iv e  d ata  g at h er in g   h ier ar ch y   s ch e m e  h as  b ee n   p r o p o s ed .   I n   th is   al g o r ith m ,   t wo   k in d s   o f   m o b ile  ele m e n ts   wer e  s u g g ested .   Firs t   o n e  ca lled   m o b ile  co llecto r   ( MC)  w h ic h   u s ed   to   co llect  d ata  f r o m   s en s o r   n o d es.  T h e  o th er   o n e   is   ca lled   m o b ile   r ela y   ( M R )   w h ic h   ca te g o r ized   d ata  f r o m   v ar io u s   m o b ile  co llecto r s   an d   tr an s f er s   th e  co llected   d ata  to   th e  s i n k   n o d e.   Si m ilar l y ,   th e  m et h o d   p r esen ted   in   th i s   r esea r ch   u tili ze d   t h e  co n ce p t  o f   th e   m o b ile  co llecto r   to   g r o u p   d ata  f r o m   n o d es  an d   tr an s m it  i t  to   th e  s i n k   n o d e  at  ap p r o p r iate  ti m e  an d   lo ca tio n s ,   h o w ev er   w i th o u t   b ased   o n   an y   m o b ile  r ela y s .   T h is   f u r t h er   lead s   to   d ec r ea s e  th e   co s t  o f   n e t w o r k   o v er h ea d   in   ad d itio n   to   r ed u cin g   d ata  g at h er in g   late n c y .         On   t h e  o th er   h a n d ,   au t h o r s   i n   [ 6 ] ,   [ 7 ] ,   [ 1 1 ] ,   [ 1 5 ] ,   [ 1 6 ]   an d   [ 2 5 ]   r elie d   o n   u s i n g   m u l tip le  m o b il e   ele m e n ts   in s tead   o f   o n e  o r   a   s tat ic  s i n k .   T h e y   p r o p o s ed   alg o r ith m s   f o r   w h ich   m u lt ip le  m o b ile  ele m e n ts   u s ed   to   co llect  d ata  w h ile  m o v i n g   th r o u g h   p r escr ib ed   p ath s .   Fo r   ex a m p le,   a u t h o r s   in   [ 6 ]   s u g g ested   an   al g o r ith m   w h ic h   s p lits   t h e  n et w o r k   i n to   tw o   i m p o r tan t  ar ea s .   T h e  f ir s t  o n e  is   th e  co n c en tr ic  s p h er e  o f   a  d ep lo y ed   r eg io n   an d   th e  o t h er   ar ea   is   f u r t h er   d iv id ed   in to   eig h t  s u b - ar ea s .   T h e  m o b ile  ele m e n ts   m o v e  al o n g   t h e  d ia m e ter   o f   th e  s p h er e  an d   o th er   t w o   s i n k s   m o v e  alo n g   t h e  ar c  li n e s   to   g at h er   th e   d ata  p ac k e t  f r o m   s e n s o r   n o d es.   I t  is   d e m o n s t r ated   b y   th e   s i m u latio n   r es u lts   th at   th is   al g o r it h m   ef f icie n tl y   m o d if ied   th e  h o t  s p o ts   tr o u b le  an d   p r o lo n g ed   th e  n et w o r k   li f e  s p an   o f   W SN s .   I n   co n tr as t,  in   t h is   r esear ch   t h e  n et w o r k   is   r ep ea ted l y   d iv id ed   to   a  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       I n tellig en t fir e  d etec tio n   a n d   a lert   s ys tem  u s in g   la b V I E W   ( F a kru lr a d z i I d r is )   2133   n u m b er   o f   h o r izo n tal  a n d   v er tical  p ar titi o n s   u n til  th e   p ath   len g th   an d   co m m u n icat io n   r a n g e   co n s tr ain t s   o f   m o b ile   ele m en t s   ar e  s at is f ied .   T h e  n u m b er   o f   n et w o r k   p ar ti tio n s   i s   t h er ef o r e  v ar ia n t  a n d   in d ep en d en t  o n   t h e   n u m b er   an d   lo ca tio n s   o f   s e n s o r   n o d es.       3.   P RO B L E M   F O R M UL AT I O N   C o n s id er   th at  a  W SN  co n s i s ts   o f     s e n s o r   n o d es  t h at  ar e  u n i f o r m l y   a n d   r an d o m l y   d is tr ib u te d   w it h i n   an   ar ea   o f           m eter s   s q u ar e  an d     m o b ile  ele m e n ts   u s ed   to   co ll ec t  d ata.   Su p p o s in g   th at  all  s en s o r   n o d e s   ar e  u s i n g   s tatic   tr an s m is s io n   p o w er ,   i.e .   s a m e   le v el  o f   tr a n s m is s io n   p o w er   an d   m o b ile  ele m en ts   ar e  m o v ed   o n   p r ed ef in ed   p ath s   at  a  f i x ed   s p ee d .   I n   ea ch   d ata  g at h er in g   r o u n d ,   m o b ile  ele m en t s   ar e  r eq u ir ed   to   tr av er s e  its   p ath   w h ils t  co llec tin g   d ata  f r o m   n o d es  an d   t h en   u p lo ad   th e  c o llected   d ata  in to   th e  s i n k   n o d e.   T h e  s in k   n o d e  i s   s u p p o s ed   to   b e  m o u n ted   at  th e   o r ig in   p o in t o f   t h e  s e n s o r   f ie l d .   As  m en tio n ed   i n   th e   in tr o d u ctio n   s ec tio n ,   d ata  g at h er in g   ta s k   w it h   m u ltip le  m o b ile   ele m e n t s   r eq u ir es   th e  s ati s f ac tio n   o f   t h e  f o llo w in g   co n d itio n s :    a.   C o v er in g   all  s en s o r   n o d es in   t h e  n et w o r k   f ield .     b.   Satis f y in g   p ath   le n g th   co n s tr ai n t o f   t h e  m o b ile  ele m en t,  s u c h   th at     ≤     ( 1 )     w h er e    is   to tal  p ath   len g t h   o f   th e  m o b ile  ele m e n t  an d     is   p ath   len g th   co n s tr ain t.  T h e  f o llo w in g   tab le   r ep r esen ts   all  m ath e m a t ical  n o tatio n s   u s ed   in   t h i s   p ap er .       4.   T H E   P RO P O SE D  M E T H O D   I n   t h is   s ec tio n ,   t h e  C o llab o r a tiv e  Da ta  C o llectio n   A l g o r ith m   ( C DC A )   is   d i s cu s s ed .   T h e   alg o r it h m   atte m p ts   to   r ed u ce   th e   n et w o r k   late n c y   w h ils t  m ai n tai n i n g   th e  lea s t  n u m b er   o f   m o b ile  el e m en ts .   T h e  m ai n  id ea   b eh in d   t h e  C D C A   i s   to ,   as  n ec e s s ar y ,   d i v id e  t h e  n e t w o r k   f ield   i n to   a  n u m b er   o f   p ar titi o n s ,   f o r   ea c h   p ar titi o n   a  m o b ile  ele m e n t  is   allo ca ted .   T h e  n u m b er   o f   m o b ile  elem e n t s   th at  is   r eq u ir ed   to   co v er   all  s en s o r   n o d es,  i.e .   s atis f y in g   t h e  r eq u ir e m e n t  o f   co n d itio n   ( 1 ) ,   is   eq u iv ale n tl y   t h e  s a m e  n u m b er   o f   p ar titi o n s   in   th e  h o r izo n ta l d ir ec tio n   w h ic h   is   g i v e n   as,     = ⌈ 3 ( − ) ⌉   ( 2 )     w h er e r is   th e  co m m u n icatio n   r an g e  o f   th e  m o b ile  ele m en t  an d   τ   r ep r esen t  t h e  d ef icien c y   o f   th e   co m m u n icatio n   r an g e  o f   m o b ile  ele m en ts   a s   a   r es u lt  o f   e n v ir o n m en tal  co n d it io n s ,   s u ch   as  n o is e,   o b s tacle s   an d   in ter f er e n ce   [ 3 0 ] .   T h e  v al u e  o f   τ   s h o u ld   b e  c h o s e n   ca r ef u ll y   i n   o r d er   to   en s u r e  t h at   ev e r y   s e n s o r   n o d e  w ill   b e  co v er ed   w it h in   th e  co m m u n icatio n   r an g e  o f   at  lea s t  o n e  m o b ile   ele m e n t.  I t   i s   also   w o r th   m en tio n i n g   th a t   E q u atio n   ( 2 )   is   co m p u ted   s u c h   th a t  in   ad d itio n   to   co v er i n g   all  s en s o r   n o d es,  ev er y   m o b i le  ele m e n t  is   al s o   co n n ec ted   to   its   d ir ec t  n ei g h b o r   o f   m o b ile  ele m e n t s .   T h is   t h o u g h t  is   i m p o r tan t  s i n ce   it  a llo w s   co o p er atio n   b et w ee n   m o b ile  e le m e n t s   i n   a  s en s e  t h at  d is ta n t  m o b ile  ele m en ts   ca n   b y p a s s   i ts   d ata  to   t h e  s in k   n o d e  w ith o u t   th e  n ee d   to   m a k e  d ir ec t c o n tac t  w i th   it.  A cc o r d in g   to   th e  n et w o r k   p ar t itio n s   d ef i n ed   in   ( 2 ) ,   th e  m o b ile  ele m e n t   s h o u ld   m o v e  alo n g   t h e  r ec ta n g u lar   p ath   ar r an g ed   o n   t h e  m i d d le  o f   t h e  n et w o r k   ar ea .   Ac co r d in g l y ,   th e   p ath   len g th   o f   th e  m o b ile  ele m e n t c an   b e  co m p u ted   as      = 2 ( − ( −   ) )   ( 3 )     Fig u r e  1   s h o w s   th e  s ce n ar io   o f   co m p u ti n g   th e  p ath   o f   th e  m o b ile  elem e n t  in   t h e  h o r izo n ta l  d ir ec tio n .     Ho w e v er ,   th e  co m p u ted   p ath   m a y   n o t  m ee t th e  p at h   co n s tr ain t  g iv e n   i n   ( 1 ) .   I n   th is   ca s e,   t h e  n et w o r k   is   f u r th er   d iv id ed   in   th e  v er tical  d ir ec tio n .   I t  is   clea r   f r o m   Fi g u r e  2   th at  th e  r eq u ir ed   n u m b er   o f   p ar titi o n s   in   t h e  v er tica l   di r ec tio n   is   o b tain ed   as     = ⌈ + 2 − ( − ) ⌉   ( 4 )     T h er ef o r e,   th e  m o b ile  ele m e n t   w ill  m o v e  h o r izo n tall y   alo n g   th e  p ath   ,   w h er e     = 2 ( 1 − ( −   ) )   ( 5 )     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                      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 .   3 ,  J u n e   201 9   :   2 1 3 1   -   2 1 4 0   2134   T h e  o v er all  n u m b er   o f   m o b ile  ele m e n ts   t h at  s at is f ies t h e  ab o v e  m e n tio n ed   co n d itio n s ,   i s   g i v en   a s       =   ×     ( 6 )     Si m i lar l y ,   t h e  to tal  p ath   le n g t h   o f   a  s in g le  m o b ile  ele m e n t is  co m p u ted   as     =   ×         ( 7 )     T h e  C DC A   ca n   b e  b r ief l y   d es cr ib ed   in   th e  f o llo w i n g   t h r ee   p h ase s .     4 . 1 .     P ha s e  1   I n   th i s   p h ase,   th e  t w o   co n d iti o n s   ( i.e .   co v er in g   all  s e n s o r   n o d es  in   th e  n et w o r k   f ield   an d   s atis f y i n g   th e  p at h   co n s tr ai n t)   ar e  ac h ie v ed .   I n   th i s   p h ase,   to   s p ec i f y   th e   n u m b er   o f   m o b ile   ele m e n ts   t h at  i s   u s ed   to   co llect  d ata  f r o m   all  s en s o r   n o d es,  th e  n e t w o r k   f ield   is   d i v id ed   h o r izo n tall y   in to   s u b - ar ea s ,   f o r   ea ch   s u b - ar ea   a  m o b ile   ele m en t   is   a s s ig n ed .   F ig u r e  1   illu s tr ates   an   e x a m p le   o f   u s i n g   t h r ee   m o b ile  ele m e n ts   to   co v er   all  t h e   s en s o r   n o d es  in   th e  f ield .   Ho w e v er ,   w h e n   th e  p ath   le n g t h   o f   a  ME   is   g r ea ter   th an   i ts   co n s tr ai n t,  th e  n et w o r k   ar ea   n ee d   to   b e  f u r th er   d iv id ed   v er ticall y   u n til co n d it io n   ( 1 )   is   s atis f ied .   Fi g u r e  2   r ep r esen ts   th e  h o r izo n tal  a n d   v er tical  d iv i s io n   o f   th e  n et w o r k   ar ea .             Fig u r e  1 .   Ho r izo n tal  d iv is io n   o f   th e  n et w o r k   ar ea     Fig u r e  2 .   H o r izo n tal  an d   v er ti ca l   d iv is io n   o f   th e  n et w o r k   ar ea       4 . 2 .     P ha s e  I I     T o   allo w   co o p er atio n   b et w ee n   m o b ile  ele m en t s ,   s p ec if ics  s tar tu p   ti m es  f o r   ev er y   m o b il e  ele m en t   s h o u ld   b e  d ef i n ed   i n d i v id u all y .   He n ce ,   a s s u m e   t h at  a   m o b ile  ele m en t  s tar ts   its   d ata  co ll e ctio n   r o u n d   at   t 0 ,  th er ef o r e  its   n e ig h b o r s   o f   m o b ile  elem e n t  s h o u ld   s tar t  t h eir   co llectio n   r o u n d   at   t 0 + t .   T h is   allo w s   t w o   n eig h b o r s   o f   ME s   to   b e  te m p o r ar ily   r esid ed   o n   t h e  co m m u n icat io n   r an g e  o f   ea c h   o t h er   w h er e  t h e  d ata  co llectio n   co o p er atio n   ta k es   p lace .   Gen er all y   s p ea k i n g ,   th e  s tar t u p   ti m e  m atr i x   o f   all   m o b ile   ele m e n ts   is   g iv e n .     =   [ 1 , 1 ⋯ 1 , ⋮ ⋱ ⋮ , 1 ⋯ , ]      ( 8 )     Hen ce ,   th e  d ata  co llectio n   s tar tu p   ti m e s   f o r   all  m o b ile  ele m e n ts   ar e  d ef i n ed   as      = . . . 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t   ( 9 )     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       I n tellig en t fir e  d etec tio n   a n d   a lert   s ys tem  u s in g   la b V I E W   ( F a kru lr a d z i I d r is )   2135   w h er e, s l t 2 ,   an d   l   is   th e  p ath   le n g th   o f   th e  m o b ile  ele m e n t  a n d   s   is   t h e  s p ee d   o f   th e  m o b ile  ele m en t.   Fo r   E x a m p le,   Fi g u r e  3 ( a)   illu s tr ates  th e  lo ca tio n s   o f   3 x 3   m o b ile  ele m en ts   at  t h e  s tar t u p   tim e.   T h e  lo ca tio n s   o f   m o b ile  ele m e n ts   at   0 t t ,  s l t t y 4 0 ,  s l s l t t x 4 0   ar e  s h o w n   in   Fi g u r e  3   ( b ) - ( d ) ,   r esp ec t iv el y .   I n   ad d itio n ,   at   P h ase  I I ,   ea ch   s en s o r   n o d e  k n o w s   w h ic h   m o b ile  ele m e n t  it  s h o u ld   b elo n g .   He n ce ,   at  th e  i n itial  r o u n d ,   w h i le   th e  m o b ile  ele m e n t   tr av e r s i n g   its   p ath ,   th e   n o d e  s elec ts   t h e  m o b ile   ele m e n t  w i th   t h e  h i g h est  R ec eiv ed   Si g n a l   Stre n g th   ( R SS )   v al u e  as  its   d ata  co llecto r .   A t  th e  s a m e  ti m e,   it  r ec o r d s   th e  ar r iv in g   t i m e  o f   th at  m o b il e   ele m e n t  to   co m p u te  it s   d ata  c o llectio n   ti m e.   Fo r   ex a m p le,   co n s id e r   th at  t c 0   is   th e  v er y   in i tial   ar r iv al  tim e  o f   a   m o b ile  ele m e n t  f o r   a  n o d e,   th en   th e  d ata  co llectio n   t i m e  f o r   th is   n o d e  at  r o u n d   i   is   g i v e n   as           = 0 +      ( 1 0 )     I n   f ac t,  t h e  k n o w led g e  o f   co ll ec tio n   ti m es  is   al s o   i m p o r tan t   f o r   s en s o r   n o d es  as  th e s e  n o d es  w ill  b e   a w ar e  o f   i n ac ti v e   in ter v al s .   C o n s eq u e n tl y ,   t h e y   ca n   e n ter   t h e  s leep   m o d e   b et w ee n   in ter - co llectio n   ti m e s   i n   o r d er   t o   s av e  th eir   en er g y   r e s o u r ce s .           ( a)         ( b )       ( c)       ( d )     Fig u r e  3 .   Mo b ile  E lem e n ts   lo c atio n s   at  ( a )  t 0 ,  ( b )   t+t 0 ,  ( c)   s l t t y 4 0   an d   ( d ) s l s l t t x 4 0       4 . 3 .     P ha s e  I I I     I n   t h is   p h ase,   d ata  co llectio n   is   ta k e n   p lace .   E ac h   m o b ile   ele m e n t   s tar ts   co llecti n g   d at a  f r o m   all   n o d es  in   i ts   p ar titi o n   a n d   th e n   s e n d s   t h is   d ata  to   t h e  clo s est  m o b ile  ele m e n t,  in   o r d er   to   b e  d eliv er ed   to   th e  s i n k   n o d e.   Fig u r e  4   illu s tr ates th e  f lo w ch ar t o f   th e  C DC A   alg o r ith m .       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 .   3 ,  J u n e   201 9   :   2 1 3 1   -   2 1 4 0   2136       Fig u r e  4 .   T h e  f lo w c h ar t o f   th e   C DC A   al g o r ith m       5.   RE SU L T S  A ND  AN AL Y SI S   I n   th is   s ec tio n ,   th e  p er f o r m a n ce   o f   th e  C DC A   al g o r ith m   i s   ev alu a ted .   T h e  C DC A   al g o r it h m   i s   also   co m p ar ed   w it h   t h e  A r ea   Sp lit tin g   A l g o r ith m   ( AS A )   [ 8 ] .   T h e  e f f icien c y   o f   t h ese  al g o r it h m s   i s   co m p ar ed   i n   ter m s   o f   a  n u m b er   o f   m o b ile  e le m e n t s ,   lo ad   b alan cin g   a n d   d ata  g ath er i n g   laten c y .   I n   t h is   e x p er i m e n t,  a   s et   o f   s en s o r   n o d es  ar e  u n i f o r m l y   an d   r an d o m l y   d ep lo y ed   w it h in   a  t w o   d i m en s io n al   s q u ar e  s e n s o r   f ie ld .   T h e  s in k   n o d e  is   lo ca ted   a t  th e  o r i g i n   p o in t  o f   t h e  s en s o r   f ield .   T h e  m o b ile   ele m e n t  s p ee d   i s   s e t  to   1 m /s .   T h e  m o b ile  ele m e n t  i s   d esi g n ed   to   m o v e  t h r o u g h   a  p r ed ef i n ed   r o u te  f r o m   a   p o in t  an d   r etu r n s   to   th e  s a m e   p o in t  to   co llect  d ata  f r o m   s e n s o r   n o d es  u s in g   s i n g le  h o p   co m m u n icatio n .   An   av er ag e  o f   2 0 0   in d ep en d e n t r u n s   o f   t h i s   e x p er i m e n t i s   co m p u ted   u s i n g   Ma tlab   Mo n te - C ar l o   s i m u lat io n .   T ab le  1   r ep r esen ts   all  s i m u latio n   p ar a m eter s   u s ed   in   t h i s   ex p er i m e n t.       T ab le  2 .   T h e  Si m u la tio n   P ar am eter s   u s ed   in   t h i s   P ap er                 5 . 1 .    T he  nu m ber  o f   m o b ile  e le m ent s   As  m en t io n ed   b ef o r e,   o n e  o f   t h e  m ain   g o al s   o f   t h i s   p ap er   is   to   p er f o r m   d ata  g at h er i n g   tas k   w it h   t h e   m i n i m u m   n u m b er   o f   m o b ile  ele m en t s .   T o   th is   en d ,   th e   n u m b er   o f   m o b ile  ele m en t s   u s ed   f o r   th e  t w o   alg o r ith m s ,   C DC A  an d   A S A,   as  a   f u n ctio n   o f   i n cr ea s i n g   n et w o r k   s ize  a n d   p ath   co n s tr ain ts   is   s h o w n   i n     P a r a me t e r   V a l u e   D e scri p t i o n   R   40m   C o mm u n i c a t i o n   R a n g e   K ,   L   3 0 0   x   3 0 0   N e t w o r k   A r e a   N   1 0 0   N o d e   N u mb e r   τ   2m   R a n g e   d e f i c i e n c y   C   8 0 0 m   P a t h   C o n st r a i n t   S t a r t   C o mp u t e   T o t a l   M E      D i v i d e   N e t w o r k   C o mp u t e   M y   I d e n t i f y   S t a r t u p   T i me   Ye s   N o      C o mp u t e   T o t a l   P a t h   L e n g t h   ( l )     D a t a   C o l l e c t i o n   Pha se   I   Pha se   II   Pha se   III   D e t e r mi n e   C o n t a c t   T i me   f o r   e a c h   N o d e   C o mp u t e   M x   C o mp u t e   P a t h   L e n g t h   ( l )   o f   M E   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       I n tellig en t fir e  d etec tio n   a n d   a lert   s ys tem  u s in g   la b V I E W   ( F a kru lr a d z i I d r is )   2137   Fig u r e  5 ( a)   an d   Fig u r e  5 ( b ) ,   r e s p ec tiv el y .   I n   Fi g u r e  5 ( a) ,   th e  n u m b er   o f   m o b ile  ele m e n ts   i s   r ap id ly   g r o w i n g   as   th e  n et w o r k   ar ea   en lar g ed .   T h e  C DC A  alg o r it h m ,   in   co n tr as t,  s h o w s   a   s li g h t  ch a n g e  o f   t h e   n u m b er   o f   m o b ile   ele m e n ts   w h ich   led   to   r ed u ce   th e  n et w o r k   co s t  s i g n i f ica n tl y .   Si m ilar l y ,   i n   Fi g u r e  5 ( b ) ,   th e  C D C A   a lg o r it h m   r eq u ir ed   less   n u m b er   o f   m o b il e  ele m en ts   i n   co m p ar is o n   w i th   th e  A S A ,   p ar ticu lar l y   at  s h o r t p ath   co n s tr ai n t.           ( a)       ( b )     Fig u r e  5 .   T h e  n u m b er   o f   m o b i le  ele m e n ts   as a   f u n ctio n   o f   ( a )   in cr ea s in g   n et w o r k   ar ea s ,   an d   ( b )   in cr ea s in g   p ath   co n s tr ain ts   o f   m o b ile  ele m en ts       5 . 2.    L o a d ba la ncing   o n m o b ile  ele m ent   T h e  lo ad   b alan cin g   o f   m u ltip l e  m o b ile  ele m e n t s   is   o n e  o f   i m p o r ta n t c o n s id er atio n   w h en   d esig n in g   a n   ef f icien t  d ata  g at h er in g   al g o r i th m .   B y   a ttai n in g   th i s   g o al,   t h e  n et w o r k   late n c y   w ill   b e  r ed u ce d   i n   ad d itio n   to   b etter   u s a g e  o f   t h e  m o b ile   ele m en t  r eso u r ce s   s u c h   as   p o w er   an d   b u f f er   s ize.   T h e  m o s t  co m m o n   f ac to r   u s ed   to   m ea s u r e  t h i s   cr iter io n   is   t h e   Var iatio n   C o e f f icien t  ( V C ) .   VC   is   d ef i n ed   a s   t h e  p er c en tag e   o f   s ta n d ar d   d ev iatio n   o f   to u r   le n g t h s   o f   al l   m o b ile  e le m e n t s   a n d   t h eir   m e an   v al u e  [ 6 ] .   I n   o u r   ca s e,   i n   t h e  C D C A   a lg o r it h m   all  m o b ile  ele m e n ts   w ill  tr av er s e  id e n tical  p at h   le n g t h s   an d   t h er ef o r e  t h e  V C   w i ll  b e  al m o s t  ze r o .   Fo r   a  f air n e s s   a n d   co n s i s te n t  c o m p ar is o n ,   t h e  VC   is   co m p u t ed   b ased   o n   th e  n u m b er   o f   s e n s o r   n o d es  as s i g n ed   to   ea ch   m o b ile  ele m e n t,  w h ic h   ca n   b e  w r itte n   as:     % 1 0 0 1 % 1 1 M i i M i i N M VC     ( 1 1 )     w h er e  σ i    is   th e  s tan d ar d   d ev iatio n   o f   th e  n u m b er   o f   s en s o r   n o d es    b elo n g in g   to   m o b ile  elem en t  i ,   an d     is   th e  to tal  n u m b er   o f   m o b ile  el e m en ts .   No te  th at  t h e  lo w er   t h e  v ar iatio n   co ef f icie n t  ( VC ) ,   th e   b etter   th e  lo a d   b alan ce   f o r   ea c h   m o b ile  e le m en t.  Fi g u r e  6 ( a)   illu s tr ates  t h e      f o r   C D C A   a n d   A S A  al g o r ith m s ,   at  v ar y i n g   n et w o r k   ar ea s .   T h e     o f   th e   t w o   al g o r ith m s   is   al m o s t  s i m il ar   at  s m all  n et w o r k   ar ea s .   De s p ite  t h is ,   a s   t h e  n et w o r k   ar ea   i n cr ea s e s ,   t h e  p er f o r m an ce   g ap   b et w ee n   t h e  t wo   alg o r ith m s   is   e x p an d ed .   T h is   r esu lt  i s   ap p ar en t   s in ce   th e  C DC A   alg o r it h m   d e m o n s tr ates  a  co n s is te n t  in cr ea s e  in   th e   ,   w h er ea s   th is   v al u e  f o r   th e  A S A  alg o r ith m   r ap id l y   i n cr ea s es.  F ig u r e   6 ( b )   s h o w s   th e      as  a  f u n ctio n   o f   in cr ea s i n g   d en s it y   o f   s e n s o r   n o d es.  Su r p r is i n g l y ,   t h e     o f   th e  C D C A   al g o r ith m   d ec r ea s e s   as  t h e  n u m b er   o f   s en s o r   n o d es  i n cr ea s es,  w h er ea s   t h is   v alu e  is   s u b s ta n tia ll y   in cr ea s e d   f o r   A S A  alg o r it h m .   T h is   e m p h asizes  th e  e f f icie n c y   o f   u s i n g   C D C A   al g o r ith m   f o r   d en s e  s en s o r   n et w o r k s .   Si m ilar l y ,   Fig u r e  6 ( c)   s h o w s   th e     o b tain ed   b y   t h e  t w o   al g o r ith m s .   T h e  lo ad   b alan ce   is   i m p r o v ed   f o r   b o th   alg o r ith m s ,   b u t  th e  C D C A   al g o r ith m   h as   lo w er      p er ce n tag e  th a n   AS A   o v er   th e  en t ir e  r an g e  o f   p ath   co n s tr ain t.       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 .   3 ,  J u n e   201 9   :   2 1 3 1   -   2 1 4 0   2138       ( a)         ( b )         ( c)     Fig u r e  6 .   Var iatio n   C o ef f icie n t ( VC )   as a   f u n ct io n   o f   ( a)   I n cr ea s in g   Net w o r k   A r ea ,   ( b )   I n cr ea s in g   N u m b er   o f   Se n s o r   No d es,  ( c)   I n cr ea s in g   P ath   C o n s tr ai n t s       5 . 3 .     Net wo rk   l a t ency   L ate n c y   ca n   b e  d ef in ed   as  th e   d u r atio n   o f   ti m e  r eq u ir ed   to   c o m p lete  o n e  r o u n d   o f   d ata  g ath er in g   b y   m o b ile   ele m e n ts .   As  m e n tio n ed   b ef o r e,   th e  in cr ea s in g   o f   m o b ile   ele m e n ts   lead s   to   d ec r ea s e  th e   n et w o r k   laten c y   [ 8 ] .   Fig u r e  7   i n v e s ti g ates   th e   i m p ac t  o f   n et w o r k   ar ea s ,   n u m b er   o f   n o d es  an d   th e   p ath   co n s tr ain t  o n   t h e   n et w o r k   laten c y   f o r   b o th   a lg o r i th m s .   Fig u r e  7 ( a)   s h o w s   a   g r ad u al  i n cr ea s e  o f   t h e  n et w o r k   laten c y   f o r   th e   t w o   alg o r ith m s   as   th e   n et w o r k   ar e a  is   e n lar g ed   w it h   s u p er io r it y   t o   th e  C DC A  al g o r ith m .   Mo r e o v er ,   in   Fi g u r e  7 ( b )   th e  laten c y   is   n o t  c h an g ed   w i t h   th e  i n cr ea s in g   n u m b er   o f   s en s o r   n o d es  f o r   th e  C D C A .   T h is   is   n o t  th e  ca s e  f o r   th e  A S A  alg o r it h m ,   in   w h ic h   t h e  n e t w o r k   late n c y   is   s li g h t l y   in cr ea s ed   as  a  f u n ct io n   o f   in cr ea s in g   t h e  n u m b er   o f   s en s o r   n o d es.  T h is   is   d u e  to   th e  f ac t  t h at  t h e  A S A   al g o r ith m   u s ed   th e  T r av el  Sales - Ma n   ( T S P )   alg o r ith m   to   f i n d   th e  p ath s   o f   m o b ile  ele m e n ts .     On   th e  o t h er   h a n d ,   alth o u g h   l o n g   p ath s   o f   m o b ile  ele m e n ts   g en er all y   y ie ld   to   r ed u ce   th e  n u m b er   o f   m o b ile   ele m en ts ,   t h e  n et w o r k   laten c y   i s   i n cr ea s ed .   T h is   tr en d   is   s h o w n   i n   Fig u r e  7 ( c) .   I n   t h is   r eg ar d ,   th e   A S A  alg o r ith m   ex h ib ited   an   al m o s t  co n s tan t  laten c y .   Nev er t h ele s s ,   th e  C DC A   al g o r ith m   ac co m p lis h ed   th e  d ata   g ath er i n g   w it h   lo w er   late n c y   o v er   th e  en tire   r an g e  o f   th e  p ath   co n s tr ain ts .   I n   th is   f i g u r e,   at  lo w   p at h   co n s tr ain ts ,   t h e  C D C A   r ed u ce s   th e  n et w o r k   late n c y   s u b s tan t i all y .       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       I n tellig en t fir e  d etec tio n   a n d   a lert   s ys tem  u s in g   la b V I E W   ( F a kru lr a d z i I d r is )   2139       ( a)         ( b )         ( c)     Fig u r e  7 .   Net w o r k   la ten c y   as a   f u n ctio n   o f   ( a)   in cr ea s i n g   n et w o r k   ar ea ,   ( b )   in cr ea s in g   n u m b er   o f   s e n s o r   n o d es,  ( c)   in cr ea s in g   p ath   c o n s tr ain ts       6.     CO NCLUS I O N   I n   t h is   p ap er   a  n e w   d ata  g at h e r in g   tech n iq u e  i n   W SN  b ased   o n   u s i n g   m o r e  t h a n   o n e  m o b il e  ele m e n t,   r ef er r ed   to   as  co llab o r ativ e  d a ta  co llectio n   alg o r ith m   ( C DC A ) ,   w a s   p r o p o s ed .   T h e  m ai n   o b j ec tiv e  b eh in d   th e   C DC A   i s   to   r ed u ce   d ata  g ath er in g   late n c y   w h ic h   i n   tu r n   l ea d s   to   in cr ea s e  th e  n et w o r k   th r o u g h p u t  a n d   to   d ec r ea s e  t h e  n u m b er   o f   m o b ile  ele m e n ts   u s ed   f o r   th i s   ta s k .   Si m u latio n   r es u lts   s h o w e d   th at  th e  C D C A  ex h ib ited   s u p er io r   p er f o r m a n c e  in   co m p ar is o n   w it h   t h e  AS A   a lg o r it h m   i n   ter m   o f   lo ad   b alan ci n g ,   n u m b er   o f   m o b ile  ele m e n t s   an d   n et w o r k   laten c y .   I n   f u tu r e  w o r k ,   as  ea c h   m o b i le  ele m e n t  is   d esi g n ed   to   co l lect  d ata  f r o m   lar g e  n u m b er   o f   s en s o r   n o d es,  th e  b u f f er   s ize  li m itati o n   co u ld   b e  co n s id er ed .   I n   ad d itio n ,   it  w o u ld   b e  w o r th w h ile   to   s tu d y   t h e  w a y   o f   d eliv er in g   d ata  t h r o u g h   m o b il e  ele m e n ts   to   th e  s i n k   n o d e.   I t  w o u ld   also   b e  u s e f u l  to   f u r th er   s tu d y   th e  p o w er   r ec h ar g i n g   c y cles o f   th e  m o b il e  ele m en ts   f r o m   te m p o r al  an d   s p aial  p er s p ec tiv e.       RE F E R E NC E S    [1 ]   W .   B.   He in z e l m a n ,   e t  a l . ,   “ A n   a p p li c a ti o n - sp e c if ic  p ro to c o l  a rc h it e c tu re   f o r  w irele ss   m i c ro se n so r  n e tw o rk s , ”  IEE E   T ra n sa c ti o n s  o n   W ire les s Co mm u n ica ti o n s ,  v ol /i ss u e :   1 (4 ),   p p .   6 6 0 - 6 7 0 ,   2 0 0 2 .   [2 ]   K.  Da n tu ,   e t  a l . ,   “ R o b o m o te:  En a b li n g   m o b il it y   in   se n so r  n e tw o rk s , ”  In fo rm a ti o n   Pr o c e ss in g   in   S e n so r  Ne two rk s,   IPS N,   F o u rt h   I n ter n a t io n a l  S y mp o siu m ,   p p .   4 0 4 - 4 0 9 ,   2 0 0 5 .   [3 ]   J.  W a n g ,   e t  a l . ,   “ M u lt i p le  m o b il e   sin k - b a se d   ro u t in g   a lg o rit h m s  f o r  d a ta  d isse m in a ti o n   in   w irele ss   s e n so r  n e tw o rk s , ”  c o n c u rr e n c y   a n d   c o mp u ta ti o n :  p r a c ti c e   a n d   e x p e rie n c e ,   W il e y   On li n e   L ib ra ry ,  v ol /i ss u e :   27 ( 10 ) ,   p p .   2 6 5 6 - 2 6 6 7 ,   2 0 1 5 .   [4 ]   Y .  G u ,   e t  a l . ,   “ P a rti ti o n in g   Ba se d   M o b i le  El e m e n t  S c h e d u l in g   i n   W irele ss   S e n so r  Ne tw o rk s , ”  Pr o c .   o f  S ECON ,  S a n ta   C la ra ,   U.S . ,   p p .   3 8 6 - 3 9 5 ,   2 0 0 5 .   [5 ]   B.   Yu a n ,   e t  a l . ,   “ On   th e   o p ti m a l   ro b o t  r o u ti n g   p ro b lem   in   w irele ss   se n so r  n e tw o rk s , ”  IEE E  T ra n s.  Kn o wl .   Da ta   En g . ,   v ol /i ss u e :   1 9 (9 ),   p p .   1 2 5 2 - 1 2 6 1 ,   2 0 0 7 .   [6 ]   G .   X in g ,   e t  a l . ,   “ Re n d e z v o u s  p lan n i n g   in   w irele ss   se n so r  n e tw o rk s  w it h   m o b il e   e le m e n ts , ”  IEE E  T ra n sa c ti o n s  o n   M o b il e   Co m p u ti n g ,   v ol /i ss u e :   7 ( 1 2 ),   p p .   1 4 3 0 - 1 4 4 3 ,   2 0 0 8 .   [7 ]   D.  Zh u ,   e t   a l . ,   “ M u lt i - p a th   P lan n i n g   f o r  M o b il e   El e m e n t  to   P r o lo n g   t h e   L if e ti m e   o f   Wi re les s  S e n so r   Ne tw o rk s,”   2 0 0 9   1 5 t h   IEE E  I n t e rn a ti o n a l   Co n fer e n c e   o n   Em b e d d e d   a n d   Rea l - T ime   Co mp u ti n g   S y ste ms   a n d   Ap p li c a ti o n s ,   Beiji n g ,   p p .   4 1 - 50 ,   2 0 0 9 .   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 .   3 ,  J u n e   201 9   :   2 1 3 1   -   2 1 4 0   2140   [8 ]   E.   C.   H.  Ng a i,   e t  a l . ,   “ A n   A d a p ti v e   De la y - M in im ize d   Ro u te  De sig n   f o r  W irele ss   S e n so r – A c tu a to r  Ne tw o rk s,”   IEE E  T ra n s a c ti o n s o n   Veh ic u la r  T e c h n o lo g y ,  v ol /i ss u e :   58 ( 9 ) ,   p p .   5 0 8 3 - 5 0 9 4 ,   2 0 0 9 .   [9 ]   S .   G a o   a n d   H.  Zh a n g ,   “ En e rg y   Eff icie n t  P a th - c o n stra in e d   S i n k   Na v ig a ti o n   in   De la y -   g u a ra n tee d   W irele ss   S e n so r   Ne tw o rk s , ”  J o u rn a l  o f  Ne tw o rk s ,  v ol /i ss u e :   5 ( 6 ),   p p .   6 58 - 6 6 5 ,   2 0 1 0 .   [1 0 ]   S .   G a o ,   e t  a l . ,   “ Eff icie n t  Da ta  Co ll e c ti o n   i n   W irele ss   S e n so r  Ne two rk s  w it h   P a th - Co n stra i n e d   M o b i le  S in k s , ”  IEE E   T ra n sa c ti o n s  o n   M o b i le Co mp u ti n g ,  v ol /i ss u e :   1 0 ( 5 ),   p p .   5 9 2 - 6 0 8 ,   2 0 1 1 .   [1 1 ]   L .   He ,   e t   a l . ,   “ A n a l y sis   o n   d a ta  c o ll e c ti o n   w it h   m u lt ip le  m o b il e   e le m e n ts  in   w irele ss   se n so r  n e tw o rk s , ”  Glo b a l   T e lec o mm u n ica ti o n s C o n fer e n c e   ( GLOBE COM   2 0 1 1 ),   I EE E,   p p .   1 - 5 ,   2 0 1 1 .   [1 2 ]   W .   K w o n g   a n d   Y .   X u ,   “ P a th   p lan n in g   a lg o rit h m   f o r  sp a c e   m a n ip u l a to r  w it h   a   m in i m u m   e n e rg y   d e m a n d , ”   R o b o ti c s  a n d   Bi o mime ti c s ( ROBI O) 2 0 1 2   I EE E  In ter n a ti o n a l  C o n fer e n c e   o n ,   p p .   1 5 5 6 - 1 5 6 3 ,   2 0 1 2 .   [1 3 ]   X .   Xu ,   e t  a l . ,   “ A   De la y - E ff ici e n t  A lg o rit h m   f o r  Da ta  A g g re g a ti o n   in   M u lt i h o p   W irele ss   S e n so r  Ne tw o rk s ,”   IEE E   T ra n sa c ti o n s  o n   Pa r a ll e l  Distri b u ted   S y ste ms ,  v ol /i ss u e :   2 2 ( 1 ),   p p .   1 6 3 - 1 7 5 ,   2 0 1 1 .   [1 4 ]   G .   X in g ,   e t  a l . ,   “ Eff icie n t  re n d e z v o u s  a lg o rit h m s  f o r  m o b il it y - e n a b led   w irele ss   se n so r  n e tw o rk s ,”   IEE E  T ra n sa c ti o n s  o n   M o b i le Co mp u ti n g ,   v ol /i ss u e :   1 1 ( 1 ),   p p .   4 7 - 6 0 ,   2 0 1 2 .   [1 5 ]   L .   H e ,   e t  a l . ,   “ A  P ro g re ss iv e   A p p ro a c h   to   Re d u c i n g   Da ta  Co ll e c t io n   L a ten c y   in   W irele s s  S e n so r  Ne tw o rk s  w it h   M o b i le E lem e n ts , ”  IEE E  T ra n sa c ti o n s O n   M o b il e   Co m p u ti n g ,  v ol /i ss u e :   1 2 ( 7 ),   p p .   1 3 0 8 - 1 3 2 0 ,   2 0 1 3 .   [1 6 ]   M .   M a ,   e t  a l . ,   “ T o u r  P lan n i n g   f o r  M o b il e   Da ta - G a th e rin g   M e c h a n ism s  in   W irele s s  S e n so r  Ne tw o rk s , ”  IEE E   T ra n sa c ti o n s  o n   Veh icu la r T e c h n o lo g y ,   v ol /i ss u e :   6 2 (4 ),   p p .   1 4 7 2 - 148 3,   2 0 1 3 .   [1 7 ]   D.  Kim ,   e t  a l . ,   “ M in im u m   Late n c y   M u lt ip le  Da ta  M UL E  T ra je c to ry   P lan n in g   i n   W irele ss   S e n so r  Ne tw o rk s , ”  IEE E  T ra n sa c ti o n s  o n   M o b i le Co mp u ti n g ,  v ol /i ss u e :   1 3 ( 4 ),   p p .   8 3 8 - 8 5 1 ,   2 0 1 4 .   [1 8 ]   J .  S .   He ,   e t  a l . ,   “ Co n str u c ti n g   L o a d - Ba lan c e d   Da ta  A g g re g a ti o n   Tree s  in   P ro b a b il isti c   W irele ss   S e n so r  Ne tw o rk s , ”  IEE E  T ra n sa c ti o n s  o n   Pa r a ll e l  a n d   Distri b u te d   S y ste ms ,  v ol /i ss u e :   2 5 ( 7 ),   p p .   1 6 8 1 - 1 6 9 0 ,   2 0 1 4 .   [1 9 ]   D.  G o n g   a n d   Y.  Ya n g ,   “ L o w - l a ten c y   S INR - b a se d   d a ta  g a th e rin g   in   w ir e les s  se n so r  n e tw o rk s , ”  IEE E  T ra n s.  W ire les s Co mm u n .,  v ol /i ss u e :   1 3 ( 6 ),   p p .   3 2 0 7 - 3 2 2 ,   2 0 1 4 .   [2 0 ]   H.  L in   a n d   H.  Üs tert,   “ Ex a c t  a n d   h e u risti c   a lg o rit h m s  f o r  d a ta - g a th e rin g   c lu ste r  b a se d   w irele ss   s e n so r  n e tw o rk   d e sig n   p ro b lem , ”  IEE E/ ACM   T ra n sa c ti o n s o n   Ne two rk i n g ,   v ol /i ss u e :  2 2 ( 3 ),   p p .   9 0 3 - 9 1 6 ,   2 0 1 4 .   [2 1 ]   D.  V .   L e ,   e t  a l .,  “ HiCo D G :  A   h iera rc h ica l  d a ta - g a th e rin g   s c h e m e   u sin g   c o o p e ra ti v e   m u lt ip le  m o b il e   e le m e n ts , ”  S e n so rs ,   v ol / issu e :  1 4 (1 2 ),   p p .   2 4 2 7 8 - 2 4 3 0 4 ,   2 0 1 4 .   [2 2 ]   M .   Z h a o ,   e t  a l .,   “ M o b il e   Da ta  G a th e rin g   w it h   L o a d   Ba lan c e d   Clu ste rin g   a n d   Du a l   Da ta  Up l o a d in g   i n   W irele ss   S e n so r  Ne tw o rk s , ”  IEE E  T ra n sa c ti o n s O n   M o b il e   Co m p u ti n g ,  v ol /i ss u e :   1 4 ( 4 ),   p p .   7 7 0 - 7 8 5 ,   2 0 1 5 .   [2 3 ]   Y.  Ya o ,   e t  a l . ,   “ ED AL :  A n   e n e rg y - e f f i c ien t,   d e la y - a w a r e ,   a n d   li f e ti m e - ba lan c in g   d a ta  c o ll e c ti o n   p r o to c o l  f o r  h e tero g e n e o u s  w irele ss   se n so r  n e tw o rk s , ”  IEE E/ ACM   T ra n sa c ti o n s  o n   Ne two rk in g ,  v ol /i ss u e :  2 3 ( 3 ),   p p .   8 1 0 - 8 2 3 ,   2 0 1 5 .   [2 4 ]   C .  F .   Ch e n g   a n d   C .  F .   Yu ,   “ Da ta G a th e rin g   in   W irel e ss   S e n so r  Ne t w o rk s:  A Co m b in e T S P Re d u c e   Ap p r o a c h , ”  IEE E  T ra n sa c ti o n s  o n   Veh icu la r T e c h n o lo g y ,  v ol /i ss u e :   6 5 (4 ),   2 3 0 9 - 2 3 2 4 ,   2 0 1 6 .   [2 5 ]   D.   Kim ,   e t  a l . ,   “ M in im izin g   d a ta  c o ll e c ti o n   late n c y   in   w irele ss   s e n so r  n e tw o rk   w it h   m u lt ip le  m o b il e   e lem e n ts,”   2 0 1 2   p ro c e e d in g   INFOCOM ,   IEE E,   p p .   5 0 4 - 5 1 2 ,   2 0 1 2 .   [2 6 ]   J .   He ,   e t  a l . ,  “ De lay   M in im iza ti o n   f o r  Da ta  Diss e m in a ti o n   in   L a rg e - S c a le  V AN ET s  w it h   Bu se s  a n d   T a x is,”   IEE E   T ra n sa c ti o n s  o n   M o b i le Co mp u ti n g ,   v o l.   1 5 ,   p p .   1 9 3 9 - 1 9 5 0 ,   2 0 1 6 .   [2 7 ]   D .   G o sa in   a n d   I .   S n ig d h ,   “ P e rf o rm a n c e   Co m p a riso n   o f   Ro u ti n g   P ro to c o ls  in   Bi p a rti te  W irele ss   S e n so r  Ne tw o rk , ”   In ter n a t io n a l  J o u rn a l  o f  E lec trica l  a n d   C o mp u ter   En g in e e rin g ,  v ol / issu e :  5 (6 ) ,   p p .   1 4 1 7 - 1 4 2 3 ,  2 0 1 5 .   [2 8 ]   S .   Um a r,   e t  a l . ,   “ T re e   Ba se d   En e rg y   Ba lan c in g   Ro u ti n g   P ro to c o l   b y   S e l f   O rg a n izin g   in   W irele ss   S e n so r  Ne tw o rk s,”   In ter n a t io n a l  J o u rn a l  o f  E lec trica l  a n d   C o mp u ter   En g in e e rin g ,   v ol / issu e :  5 ( 6 ) ,   p p .   1 4 8 6 - 1 4 9 1 ,   2 0 1 5 .   [2 9 ]   K .   N .   Qu re sh i,   e t  a l . ,   “ G e o g ra p h ica l  F o rw a rd in g   M e th o d s  in   V e h icu lar  A d   h o c   Ne tw o rk s, ”  In ter n a ti o n a l  J o u rn a l   o f   El e c trica l  a n d   C o mp u ter   En g in e e rin g ,   v ol /i ss u e :  5 (6 ),   p p .   1 4 0 7 - 1 4 1 6 ,  2 0 1 5 .       [3 0 ]   M .   F .   Isk a n d e r  a n d   Z .   Y u n ,   “ P r o p a g a ti o n   p re d ictio n   m o d e ls  f o r  w irele ss   c o m m u n ica ti o n   s y ste m s,”   IEE E  T ra n sa c ti o n s  o n   M icr o wa v e   T h e o ry   a n d   T e c h n i q u e s ,  v ol /i ss u e :  50 ( 3 ) ,   p p .   6 6 2 - 6 7 3 ,   2 0 0 2 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.