I nte rna t io na l J o urna l o f   I nfo rm a t ics a nd   Co m m un ica t io n T ec hn o lo g y   ( I J - I CT )   Vo l. 10 ,   No . 3 Dec em b e r   2 0 2 1 ,   p p .   159 ~ 170   I SS N:  2252 - 8 7 7 6 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /iji ct. v 10 i 3 . p p 159 - 1 7 0           159       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij ict. ia esco r e. co m   An ef fic i en co v er a g e and ma x imiz a tion o net wo rk l ifet ime  in  wireless s enso ne tworks   throug h m etaheuris ti cs       A.   Na g eswa Ra o ,   B .   Ra j end ra   Na ik ,   L .   Nirma la   Dev i   De p a rtme n o El e c tro n ics   a n d   C o m m u n ica ti o n   E n g i n e e rin g ,   Os m a n ia  Un iv e rsit y ,   I n d ia       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Feb   17,   2 0 2 1   R ev is ed   Sep   1 4 ,   2 0 2 1     Acc ep ted   Oct   1 1 ,   2 0 2 1       In   wire les se n so n e two rk s   (W S Ns ),   e n e rg y ,   c o n n e c ti v it y ,   a n d   c o v e ra g e   a re   th e   th re e   m o st  imp o rtan c o n str a in ts  fo g u a ra n tee d   d a ta  fo rwa rd in g   fro m   e v e ry   se n so r   n o d e   t o   t h e   b a se   sta ti o n .   Du e   to   c o n ti n u o u s   se n sin g   a n d   tran sm issio n   tas k s,   th e   se n so r   n o d e d e p lete   m o re   q u ick l y   a n d   h e n c e   th e y   se e k   th e   h e lp   o d a ta  fo rwa rd i n g   n o d e s,  c a ll e d   re lay   n o d e s.  Ho w e v e r,   fo a   g iv e n   s e o se n so r   n o d e s,   fin d in g   o p ti m a l o c a ti o n t o   p lac e   re lay   n o d e is  a   v e ry   c h a ll e n g in g   p ro b lem .   M o re o v e r,   fro m   th e   e a rli e stu d ies ,   th e   r e lay   n o d e   p lac e m e n is  d e fin e d   a a   n o n - d e term in isti c   p o l y n o m ial  tree   h a rd   (NP - Ha rd p ro b lem .   To   so lv e   th is  p ro b le m ,   we   p ro p o se   a   m u lt i - o b jec ti v e   firefly   a lg o rit h m - b a se d   re lay   n o d e   p lac e m e n (M OFF - RNP)  to   d e p l o y   a n   o p ti m a n u m b e o re lay   n o d e wh il e   c o n sid e rin g   c o n n e c ti v it y ,   c o v e ra g e ,   a n d   e n e rg y   c o n stra in ts.  T o   a c h iev e   n e two rk   li fe ti m e ,   th is  wo rk   a d o p te d   e n e rg y   h a rv e sti n g   c a p a b il it ies   to   t h e   se n so n o d e a n d   b a c k u p   re lay   str a teg y   su c h   th a e v e ry   se n s o n o d e   is  a lwa y s   c o n n e c ted   t o   a lea st  o n e   re lay   t o   fo rwa rd   th e   d a ta.  Th e   o p ti m a re lay   p lac e m e n is  fo rm u late d   a a n   o b jec ti v e   fu n c ti o n   a n d   M OF F   is  a p p li e d   to   a c h ie v e   a   b e t ter  so lu t io n .   E x ten si v e   S imu latio n a re   c a rried   o u o v e th e   p ro p o se d   m o d e to   v a li d a te  th e   p e rfo rm a n c e   a n d   th e   o b tai n e d   re su lt s a re   c o m p a re d   wit h   sta te - of - a rt  m e th o d s) .   K ey w o r d s :   E n er g y   co n s u m p tio n   E n er g y   h ar v esti n g   Netwo r k   life tim   R elay   n o d p lace m e n t   W ir eles s   s en s o r   n etwo r k     T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   L .   Nir m ala  Dev i     Dep ar tm en t o f   E lectr o n ics an d   C o m m u n icatio n   E n g in ee r i n g Un iv er s ity   C o lleg o f   E n g in e er in g   Osma n ia  Un iv er s ity ,   Hy d er ab ad ,   I n d ia   E m ail: n ag iitk g p l@ g m ail. co m       1.   I NT RO D UCT I O N   I n   th is   p ap er ,   we  h av f r o m   p ast  f ew  y ea r s ,   wir eles s   s en s o r   n etwo r k s   ( W SNs )   ha ve   g ain ed   h u g e   in ter est in   v ar io u s   f ield s   lik I n d u s tr ial  m o n ito r in g ,   h o m a u to m atio n ,   f o r est an d   f ir d etec tio n ,   en v ir o n m e n tal  co n tr o l,  i n ten s iv ag r icu ltu r e,   an d   am o n g   o th er s   [ 1 ] .   Gen er al ly ,   th W SNs   ar co m p o s ed   o f   g r o u p   o f   s en s o r   n o d es  ( SNs )   an d   s i n k   n o d ( also   ca n   b ca lled   as  b ase  s tatio n ) .   I n   W SNs ,   th m ain   r esp o n s ib ilit y   o f   SNs   is   to   ca p tu r e   th i n f o r m atio n   a b o u th e   en v ir o n m e n an d   th e   r esp o n s ib ilit y   o f   s in k   is   to   ac cu m u late  th e   en tire   d ata  f r o m   SNs .   T h SNs   h a v s o m p r o m i n en f ea tu r es  b y   wh ic h   th e   W SN  tech n o lo g y   h as  g ain ed   a   h u g d em an d .   Fo r   ex am p le,   th SNs   ar ch ea p ,   s m all,   au to n o m o u s   p o wer   en ab led   an d   ca n   ca p t u r s ev er al  k in d s   o f   d atae v en   with   s am n o d e.   Ma in ly ,   th u tili za tio n   o f   wir eless   tech n o lo g y   h as  f ac ilit ated   th n etwo r k   to p o lo g y   o r g an izatio n   with   v er y   m u ch   less   co s t.  T h ese  f ea tu r es  h av allo wed   t h W SNs   to   d e p l o y   in   en v ir o n m en ts   wh er th wir ed   tec h n o lo g y   is   h ig h ly   e x p en s iv o r   alm o s t i m p o s s ib le  [ 2 ] .     Gen er ally ,   th s en s o r   n o d es  ar b atter y   o p er ated   d e v ices  wh ich   h as  lim ited   life s p an   d u to   th e   lim ited   b atter y   ca p ac ity .   T h e   e n tire   in f o r m atio n   co llected   b y   SNs   is   f o r war d ed   to   t h s in k   n o d e,   c o n s u m es  th e   en er g y   r eso u r ce s   o f   SNs .   Mo r eo v er ,   th is   s en s itiv b e h av io r   o f   s en s o r   n o d es  will  af f ec th e   n etwo r k   p er f o r m an ce .   Fo r   ex a m p le,   if   th to p o l o g y   o f   a   n etwo r k   is   ass u m ed as  s tar to p o lo g y ,   an d   th en   all  th e   s en o r   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 7 7 6   I n t J I n f   &   C o m m u n   T ec h n o l Vo l.  10 ,   No .   3 ,   Dec em b er   20 2 1   :   1 5 9 1 7 0   160   n o d es  ar ass u m ed   to   h av a n   eq u al  en er g y   d is tr ib u tio n   wh ich   is   v er y   ch allen g in g   is s u e.   E v en   th o u g h   v ar io u s   en er g y   ef f icien m ec h an is m s   ar d er iv ed ,   ev en tu all y   th b atter y   will  d r ain   o u af ter   p ar ticu lar   s p an   o f   tim [ 3 ] .   p r o m is in g   s o lu tio n   to   th is   p r o b lem   is   m ak in g   th SNs   to   h ar v est  th r eq u i r ed   en e r g y   th r o u g h   s o m s u p er   ca p ac ito r s   an d   en er g y   h a r v ester s   [ 4 ] .   I n s tead   o f   p r o v id i n g   th r eq u i r ed   e n er g y   f r o m   ex ter n al   p o wer   s u p p lies   l ik b atter ies,  if   th s en s o r   n o d e’ s   p o wer   s u p p ly   u n it  is   r ep lace d   with   a   r en ewa b le  p o wer   g en er atio n   u n it  ( ex .   s o lar   p an els),   an   in cr ea s ed   n etwo r k   life tim ca n   b o b s er v ed .   W ith   th is   s tr ateg y ,   th n etwo r k   life tim e   ca n   b in cr e ased   u p   t o   s o m e x ten b u t h n etwo r k   d e m is is   n o av o id ab le,   b ec a u s th e   s en s o r   n o d h as  to   h ar v est  en er g y   in   th d o ze   o f f   p er io d .   I n   th d o ze   o f f   p er io d ,   t h s en s o r   n o d will  h ar v est   en er g y   r eq u ir ed   f o r   b o th   in f o r m atio n   ca p t u r in g   an d   in f o r m at io n   tr an s m is s io n .   M o r eo v e r ,   t h tim SN  n o d e   to   h ar v est  en er g y   is   m o r th an   t h tim tak en   f o r   d ep letio n   o f   en er g y .   I n   s u ch   s ce n ar i o ,   th SN  is   d is co n n ec ted   with   o th er   n o d es,  wh ich   m ak e s   th n etwo r k   t o   g et   d em is e.   Hen ce   th er e   is   n ee d   to   k ee p   alter n ativ n o d es  o r   b ac k   u p   n o d es wh ich   tak es th e   r e s p o n s ib ilit y   o f   d o ze   o f f   n o d es wh ich   p r ev en ts   th n etwo r k   f r o m   d em is in g .   I n   W SNs ,   th SNs   n o o n ly   m o n ito r   an d   ca p t u r th i n f o r m atio n   f r o m   en v i r o n m e n t,  b u a ls o   h elp   to   o th er   s en o r   n o d es  to   f o r wa r d   t h s en s ed   d ata  to   s in k   n o d e,   wh ich   ca n   b e   ter m e d   as   r ela y i n g   [ 5 ] .   T h is   t y p e   o f   m u ltip le  r esp o n s ib ilit ies  ( s en s in g   an d   r elay in g )   m ak es  th e   s en s o r   n o d es  to   d ep lete  m o r q u ick ly .   Ge n er ally ,   af ter   s en s in g   t h in f o r m atio n ,   s en s o r   n o d g o es  in to   s leep   m o d to   m in im ize   th e   en er g y   c o n s u m p tio n ,   b u t   d u e   to   th ad d itio n al   task   o f   r ely i n g ,   th ey   n ee d   to   b awa k en e d   f o r   all  tim e.   As  r esu lt,  th s en o r   n o d es  f ac e   ad d itio n al  co m p u tatio n al   task s   wh ich   r esu lts   in   f aster   en e r g y   d ep letio n .   On ce   th r esid u al   en er g y   ( R E )   lef t   at   SN i s   le s s   th an   th en er g y   th r esh o ld ,   th en   it will  s to p   all   ta s k s   an d   m o v es in to   h ar v esti n g   m o d e.   Hen ce   th er e   is   n ee d   o f   r esp o n s ib ilit y   d is t r ib u tio n   in   wh ich   th en tire   n o d es  ar g r o u p ed   in to   two   g r o u p s   s u ch   as  s o u r ce   s en o r   n o d es  ( SS Ns)  an d   r elay   n o d es  ( R Ns).   T h m ain   r esp o n s ib ilit y   o f   SS Ns  is   to   s en s th in f o r m atio n   an d   th r esp o n s ib ilit y   o f   R is   to   f o r war d   t h s en s ed   d at to   s in k   n o d e.   Ho wev er ,   th p r o b lem   is   to   d eter m in ea p r o p er   n u m b er   o f   R Ns  th r o u g h   wh ich   b o t h   n et wo r k   c o v er a g a n d   co n n ec tiv ity   ca n   b e   ac h iev e d   alo n g   with   less   en er g y   co n s u m p tio n .   Fro m   p ast  f ew   y ea r s ,   r elay   n o d p lace m e n ( R NP)   h as  g ain ed   n o tewo r th y   r esear ch   in te r est  in   th e   f ield   o f   W SNs   d u to   its   ef f ec tiv en ess   in   ac h iev in g   an   im p r o v ed   n etwo r k   life tim e.   I n   [ 6 ] ,   th au th o r s   f o cu s ed   o n   two   d if f e r en d ep l o y m e n ts   s u ch   as  g r id - b ased   d ep lo y m en an d   r an d o m   d e p lo y m en t.  I n   r an d o m   d ep lo y m e n t,  th n o d es  ar p la ce d   in   r an d o m   m an n er   an d   a r s tr u ctu r ed   in   an   Ad H o m a n n er   wh er ea s   in   th e   g r id   d e p lo y m e n t,  th n o d es  ar p lace d   at  th a p ex es  o f   g r id .   C o m p ar ed   to   th r a n d o m   d ep lo y m en t,  th e   g r id - b ased   d ep lo y m en t h as a ch ie v e d   m o r ac c u r ate  p o s itio n in g .   L ik ewise,   in   [ 7 ] ,   [ 8 ] ,   g r id   b ased   R NP is m o d eled   to   co n n ec th d is jo in ted   W SN  s eg m en ts   b y   d iv id in g   th t o tal  ar ea   in to   eq u al - s ized   ce lls .   T h n etwo r k   s ize  is   o p tim ized   b y   th s elec tio n   o f   an   o p tim al  ce ll  c o u n to   b d is tr ib u ted   b y   R Ns  s u ch   th at  all  th s eg m en ts   ar e   lin k ed .   Ho wev e r ,   th is   is   co n s id er ed   as  n o n - d ete r m in is tic   p o ly n o m ial  tr ee   h a r d   ( NP - h ar d ) ”  p r o b lem .   Gen er ally ,   to   m ak th NP - H ar d   p r o b lem   as  m o r r ea lis tic  o n e,   two - lay er   p r o ce d u r is   em p lo y ed   [ 9 ] ,   [ 1 0 ] .   I n   th ese  m eth o d s ,   th f ir s t la y er   is   o cc u p ied   b y   s en s o r s   in   wh ich   th ey   h a v to   co llect  t h in f o r m atio n   an d   tr an s m it  to   th clu s ter   h ea d   ( C H)   o r   R N.   I n   th is   m an n er ,   th e   SNs   will  g ain   les s   en er g y   co n s u m p tio n   r ate  as   th ey   will m o v in t o   s leep   m o d im m ed iately   af ter   th e   co m p l etio n   o f   d ata  tr an s m is s io n   to   C H.     R ec en tly ,   ar tific ial  in tellig en ce   h as  also   b ee n   u s ed   f o r   th o p tim izatio n   o f   n etwo r k   life tim th r o u g h th p lace m en o f   o p tim al  n u m b e r   o f   r elay   n o d es  at  o p tim al  lo ca tio n s .   g en eti alg o r ith m   ( GA) ”,   p ar ticle  s war m   o p tim izatio n   ( PS O) ”,   ar tific ial  b ee   co lo n y   ( AB C ) ”,   Fire f ly ,   an co lo n y   o p tim izatio n   ( AC O) ”  etc. ,   ar s o m o f   th m o s co m m o n   m ea h eu r is tic  alg o r ith m s   em p lo y ed   f o r   th o p tim izatio n   p r o b lem .   Kh o s r o wsh ah i   an d   Sh ak er [ 1 1 ]   a d d r ess ed   th R NP  in   a   m u ltip le  d is jo in n etwo r k   th r o u g h   GA.   I n   th is   m eth o d ,   in itially   an   u p p e r   b o u n d   o f   r ela y   n o d es  is   m ea s u r ed   to   s et  u p   th i n itial  ch r o m o s o m len g th .   Nex t,   th GA  iter ativ ely   r ed u ce d   th R Ns   co u n an d   d is co v er s   t h o p tim al  lo ca tio n s   at  th s am tim e.   Nex t,  an   im p r o v e d   v er s io n   o f   GA,   ca lled   as  g en etic  s im u lated   an n e alin g   h y b r id   alg o r it h m   ( GA - H - SA) ”  is   co n s id er ed   b y   Yan g   et  a l .   [ 1 2 ]   to   s o lv t h r elay   n o d e   co v er   p r o b lem .   T h is   p ap er   m ai n ly   f o cu s ed   o v er   th o p tim izatio n   o f   th r ee   asp ec s u c h   as  e n er g y   c o n s u m p tio n ,   n u m b er   o f   r ela y   n o d es  an d   co n n ec tiv ity .   Nex t,  f o cu s in g   o v er   t h e   k - co n n ec tiv ity   o f   th s en s o r   n o d es,  Gu p ta  et  a l .   [ 1 3 ]   d ev elo p ed   two   in d ep e n d en t a lg o r ith m s   f o r   R NP in   wh ich   ev er y   SN   will  m ain tain   at   least  k R Ns.  T h f ir s alg o r ith m   is   b ased   o n   GA   a n d   a n o th e r   o n is   b ased   o n   Gr ee d y   m ec h an is m .   Ho wev er ,   th is   ap p r o ac h   f o cu s ed   o v er   o n ly   th e   co n n ec tiv ity   b u n o f o c u s ed   ab o u th e   p r o b lem   wh en   th en er g y   o f   R is   d ep leted .   Geo r g e   an d   Sh ar m a   [ 1 4 ]   co n s id er ed   m o d if ied   v er s io n   o f   GA  f o r   R NP  in   W SNs   b y   f o llo win g   c o n s tr ain ed   R NP  p r o b lem   ( C R NPP)” to   r ed u ce   th R Ns  co u n wh ile  p r o v id in g   m ax im u m   c o n n ec tiv ity .     Dan d ek ar   a n d   Desh m u k   [ 1 5 ]   also   f o c u s ed   o n   th e k - c o n n ec tiv ity   o f   th e   s en s o r   n o d es  an d   ac co m p lis h ed   PS Oth at  p lace s   o p tim alR Ns  to   ac h iev a   r eq u ir e d   c o n n ec tiv ity   b etw ee n   th SNs   o f   a   h o m o g en eo u s   W SN.  I n   th is   a p p r o ac h ,   th e   h o m o g en eity   is   ad o p ted   b y   ass u m in g   th at  all  th SNs h av s am r an g o f   c o m m u n icatio n .   Xu   et  a l [ 1 6 ] ,   t h R NP  p r o b lem   is   ar ticu lated   as  s tein er   t r ee   p r o b lem   with   m in im u m   s tein er   p o in ts   a n d   b o u n d e d   ed g len g t h   ( STP - MSPB E L ) ”  wh ich   is   N P - h ar d .   Her e,   v ar iab le  m eta - h eu r is tic  b ased   PS ca lled   as “ m u lti - s p ac ( MSPSO)” is   p r o p o s ed   to   attain   an   o p tim al  n u m b er   o f   R Ns.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J I n f   &   C o m m u n   T ec h n o l   I SS N:  2252 - 8 7 7 6       A n   efficen t c o ve r a g a n d   m a ximiza tio n   o f n etw o r lifetime  in   WS N   th r o u g h   … ( A .   N a g esw a r   R a o )   161   I n   ad d itio n ,   s o m a u th o r s   e m p lo y ed   AB C   alg o r ith m   also   to   s o lv th e   R NP  p r o b le m .   T h ese  ap p r o ac h es  s im u ltan eo u s ly   f o cu s ed   o v er   t h Q - c o v er a g a n d   K - co v e r ag e   s ce n ar io   b y   wh i ch   th e   n etwo r k   life   an d   co v e r ag ar en h an ce d   s i m u ltan eo u s ly   [ 1 7 ] - [ 1 8 ] .   Fu r th er ,   in   [ 1 9 ] ,   L iu   an d   He  aim ed   at  th m ax im izatio n   o f   co n n ec tiv ity   an d   m i n im izatio n   o f   co s in cu r r ed ,   an d   p r o p o s ed   h y b r i d   o p tim izatio n   alg o r ith m   ca lled ,   AC O - Gr ee d y .   T h is   ap p r o ac h   esp ec ially   f o cu s ed   o n   th Gr i d   b ased   n etwo r k s .   T h is   ap p r o ac h   is   b ased   o n   th AC O - Gr ee d y   th r o u g h   wh ic h   th co m m u n icatio n   o r   s en s in g   r ad iu s   is   d y n am ically   a d ju s ted   to   allev iate  th e   en er g y   h o le  is s u an d   also   p r o lo n g   th Netwo r k   L if etim e.   Nex t,  to   less en   th d ep lo y m e n co s an d   also   to   r ec o v er   th p a r titi o n ed   W SN,  Sen tu k ar et  a l .   [ 2 0 ]   p r o p o s e d   two   d is tr ib u ted   R NP  m eth o d s   b ased   o n   Gam th eo r y   a n d   Vir tu al  Fo r ce   b ase d   r ela y   m o v em en ts .     Nex t,  b y   co m b i n in g   t h ad v an tag es  o f   b o th   AB C   an d   PS O,   an   o p tim al  R NP  m eth o d   is   p r o p o s ed   b y   Min et  a l .   [ 2 1 ]   wh ich   ac h ie v an   e n h an ce d   n etwo r k   life t im with   p r e - s p ec if ied   s en s in g   r an g e.   Fu r th er ,   L an za   an d   Pu lid o   [ 2 2 ]   c o m b in ed   th AB C   with   F ir ef ly   alg o r ith m   to   s o lv e   th R NP  p r o b le m   th r o u g h   m u ltip le   o b jectiv es.  I n   th is   ap p r o ac h ,   t o tally   th r ee   o b jectiv es su ch   as  n etwo r k   r eliab ilit y   ( NR ) ,   av er ag s en s itiv ity   Ar ea   ( ASA)   an d   av er ag en er g y   co n s u m p tio n   ( AE C )   ar co n s id e r ed   an d   an   o p tim ized   s o lu tio n   is   d er iv ed   th r o u g h   m u lti - o b jectiv AB C   an d   m u lti - o b jectiv f ir ef l y   alg o r ith m s .   Un lik th ese  m eth o d s   wh ic h   f o c u s   o n   t h eRNs   p lace m en t,  an en h an ce d   R Ns  d ep lo y m en m et h o d   is   p r o p o s e d   b y   Ham im   et  a l .   [ 2 3 ]   b ased   o n   AB C   alg o r ith m .   T h is   ap p r o ac h   m ai n ly   f o cu s e d   o n   th e x ten s io n   o f   n etwo r k   life tim with   th e   d ep l o y m e n o f   o p tim al  c o u n t   R Ns.  T h is   m eth o d   h as  m ain   f o cu s   o n   th e   ex te n s io n   o f   n etw o r k   life tim th r o u g h   t h o p ti m izatio n   o f   n etwo r k   r elate d   p ar am eter s   th o s ar r e lated to   th co n s tr ain e d   R NP p r o b lem .   Dep lo y m en t   o f   th SNs   with   en er g y   h ar v esti n g   ca p ab ilit i es  is   n ew  r esear c h   d i r ec tio n   in   W S N   wh ich   h as  m o r e f f icien cy   i n   n etwo r k   s u r v iv ab ilit y   an d   s u s tain ab ilit y .   B ased   o n   th is   in s p ir atio n ,   Misra   et  a l [ 2 4 ]   f o c u s ed   to   d ep lo y   m in im u m   R Ns  at   co n s tr ain ed   lo ca tio n s ,   b y   g u ar a n teein g   th at  th R Ns  ca n   h ar v est  a   h u g v o lu m o f   en e r g y .   Fo r   b o th   is s u es,  th is   ap p r o ac h   h a d   p r o v en   th at  th e   p r o b lem   is   NP - h ar d   an d   s o lv ed   th r o u g h   an   alg o r ith m   b ased   o n   p o l y n o m ial  tim a p p r o x i m atio n .   Nex t,  as  an   ex te n s io n ,   a   u n if ie d   m ix ed   in teg er   lin ea r   p r o g r am   ( MI L P ) ”  b ased   R NP  is   d ev elo p ed   b y   Misra   et  a l .   [ 2 5 ]   to   m ea s u r e   t h lo wer   r an g f o r   th o p tim al  s o lu tio n   o f   m i n im u m   R NP.    I n   th is   p ap e r ,   we  h av p r o p o s ed   n ew  r elay   n o d p lace m e n s tr ateg y   b ased   o n   m u ltip le  o b jectiv es,  ca lled   as  m u lti - o b jectiv e - o r i en ted   r elay   n o d p lace m en t   ( MO R NP) .   MO R NP  to tall y   co n s id er s   th r ee   o b jectiv es su ch   as e n er g y ,   co n n ec tiv ity   an d   co v er a g an d   th e   n o d es wh ich   s atis f y   all   th ese  o b jectiv es a r o n ly   ch o s en   as  r elay   n o d es.   T h e   en er g y   co n s tr ain is   d er i v ed   b ased   o n   th e   n o v el  r elatio n s h ip   b etwe en   en e r g y   h ar v esti n g   r ate  a n d   d e p letio n   r ates o f   r elay   n o d es.  Nex t,  th co n n ec tiv ity   is   en s u r e d   th r o u g h   th av ailab ilit y   o f   p ath s   to   th e   s in k   n o d e .   T h e   c o v er ag e   is   en s u r ed   b ased   o n   th E u clid ea n   d is tan ce   b etwe en   SS Ns  an d   R Ns.  Fin ally ,   th is   wo r k   also   p r o p o s ed   m u lti - o b jectiv f ir ef l y   ( MO FF )   Alg o r ith m   to   d eter m in th o p tim al   n u m b er   o f   R N.   Simu latio n s   ar co n d u cted   o v er   th p r o p o s ed   MO R NP  an d   th p er f o r m an ce   is   m ea s u r e d   th r o u g h   s ev er al  p er f o r m a n ce   m etr ics.  R em ain in g   p ap er   is   o r d er e d   as;   th d etails  o f   p r o p o s ed   MO R NP  ar e   ex p lo r ed   in   s ec tio n   2 .   Sectio n   3   ex p l o r es  th d etails  o f   s im u latio n   ex p e r im en ts   an d   p er f o r m an ce   ev alu a ti o n .   Fin ally ,   th co n clu d in g   r em ar k s   ar g iv en   in   s ec tio n   4 .       2.   RE S E ARCH   M E T H O D     2 . 1 .   O v er v iew    I n   th is   p ap er ,   we  h av e   d ev el o p ed   a   n o v el  o p tim izatio n   tech n iq u w h ich   r ed u ce s   t h n u m b er   o f   r elay   n o d es  r e q u ir ed   to   m ain tain   a n   ef f icien t   co n n ec tiv ity   a n d   c o v er ag e   in   th W SN.  T h is   te ch n iq u e   is   m u lti - o b jectiv e - o r ie n ted   r elay   n o d e   p lace m en ( MO R NP)   s tr ateg y   b ased   o n   f ir ef ly   alg o r ith m .   Un d er   t h is   tech n iq u e,   we  h av co n s id er ed   th r ee   o b jectiv es  s u ch   as  en er g y ,   co n n ec tiv ity   an d   co v e r ag an d   ac co m p lis h ed   m u lti - o b jectiv f i r ef ly   alg o r ith m   to   attain   an   o p tim al  co u n t   o f   R Ns.  Mo r eo v er ,   th is   m eth o d   also   co n s id er ed   th e   p r o b lem   o f   en er g y   h a r v esti n g   d u r in g   t h R NP.  Un d er   th en er g y   h ar v esti n g   p r o b lem ,   th R Ns  ar as s u m ed   to   h av en er g y   h ar v esti n g   ca p a b ilit ies  an d   f o r   an y   s o u r ce   s en s o r   n o d e.   T h is   m eth o d   d er iv es  at  least  o n co n n ec ted   r elay   to   th s in k   n o d d u r in g   th e   d o ze   o f f   p er i o d   o f   r e m ain in g   r elay   n o d es.  Her e,   to   en s u r e   th e   en er g y   co n s tr ain t,  we  h av d ev elo p ed   a   r elatio n   b ased   o n   th h ar v esti n g   r ate  an d   d e p letio n   r ate  o f   r elay   n o d e.   Nex t,  t h co v er ag e   co n s tr ain is   en s u r ed   b ased   o n   th E u clid ea n   d is tan ce   b etwe en   SS Ns  an d   R Ns.  Fin ally ,   th co n n ec tiv ity   co n s tr ain is   en s u r ed   b y   m ain tain in g   at  least  o n p ath   b etwe en   an y   R an d   s in k   n o d e.   Fu r th e r   th co m p lete  d etails  o f   n etwo r k   m o d el,   en e r g y   co n s tr ain t,  co n n ec tiv ity   c o n s tr ain t,  co v er a g co n s tr ain t,  f ir ef ly   alg o r ith m   ar d elib er ated   in   t h s u b s eq u e n t su b s ec tio n s .     2 . 2 .   Net wo rk   m o del   I n   th is   p ap er ,   we  h av ass u m ed   r an d o m ly   d e p lo y e d   n etwo r k   with   n u m b er   o f   SNs   an d   o n ly   o n e   s in k   B .   Nex t,  th SNs   an d   R Ns  r an g o f   co m m u n icatio n   is   ass u m ed   as  r   wh er ea s   f o r   s in k   n o d e ,   it  is   co n s id er ed   as  R ,   wh er R >> r .   I n   th is   m o d el,   th R Ns  ar ass u m ed   to   h av en er g y   h ar v esti n g   ca p ab ilit ies.  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 7 7 6   I n t J I n f   &   C o m m u n   T ec h n o l Vo l.  10 ,   No .   3 ,   Dec em b er   20 2 1   :   1 5 9 1 7 0   162   Du r in g   t h d ata   tr an s m is s io n ,   af ter   p ar ticu la r   s p an   o f   tim e,   if   th e n er g y   lev el   o f   an y   R is   r ed u ce d   b elo th e   en er g y   th r esh o ld ,   th e n   th at  R d o ze   o f f   ( t u r n s   o f f   all  task s   s u ch   as  tr an s m itti n g   an d   r ec eiv in g )   an d   en er g y   h ar v esti n g   s tar ts .   T h R will  b ec o m ac tiv o n ly   af ter   g ain in g   s u f f icie n am o u n o f   en er g y ,   c alled   as  Activ atio n   en er g y   .   I n   th is   m o d el,   we  h av s u p p o s ed   th at  th SS Ns  an d   s in k   n o d e   p lace m en tis   k n o wn   to   a   p r io r .   Fu r th er   ass u m ed   th at  th p r o ce s s   o f   en er g y   h ar v e s tin g   is   s to ch asti o n i n   wh ich   th e   r ate  o f   h ar v esti n g   is   v ar ie d   with   en v i r o n m en ta c o n d itio n s   an d   h en ce   it  ca n   also   m o d el   as  Sp atio - T em p o r al   Pro ce s s .   I n   th e   tem p o r al  m o d el,   th g ai n   v ar ies   with   d if f er en t   tim in s tan ce s   wh er as  in   th e   s p atial  m o d el,   th e   g ain   is   v ar ied   with   d if f er en t lo ca tio n s .   Mo r eo v e r ,   th e n er g y   h ar v esti n g   r ate  is   le s s   th an   th en er g y   d ep letio n   r ate.     W h av co n s id er ed o n ly   o n e   s in g le  s in k   n o d an d   its   lo ca tio n   is   p u r ely   r an d o m ized .   Fu r th er   th lo ca tio n s   o f   SNs   ar also   r an d o m ized   o v e r   s p atial  lo ca tio n   an d   let’ s   let  it  b S.  Fo r   an y   s o u r ce   n o d e,   if   th e   s in k   n o d f o u n d   to   b lo ca ted   with in   its   r an g o f   co m m u n i ca tio n ,   th en   it  f o r war d s   th s en s ed   d ata  d ir ec tly .   Oth er wis e,   th s o u r ce   n o d e   s ee k s   th h elp   o f   an y   R an d   f o r war d s   th s en s ed   d ata  th r o u g h   th at  R N.   T w o   n o d es  an d   B   lo ca ted   at  lo c atio n s   i   an d   j   ca n   c o m m u n icate   o n ly   if   t h E u clid ea n   d is tan ce   b etwe en   th em   is   less   th an   o r   eq u al  to   co m m u n i ca tio n   r an g e r   as ( 1 ) .      ( , )     ( 1 )     W h er E is   th E u clid ea n   d i s tan ce   an d   r   is   th r an g o f   co m m u n icatio n .   Simp ly   th e   ( 1 )   s tates  th at   th R Nlo ca ted   at  p o s itio n   j   ca n   h elp   to   t h s o u r ce   n o d l o c ated   at  p o s itio n   i ,   t o   f o r war d   th d ata  p ac k ets  o n   s atis f y in g   th at  th ey   h av lo ca ted   at  d is tan ce   wh ich   is   le s s   o r   eq u al  to   co m m u n icatio n   r an g r   o f   n o d A.   Nex t,  th s in k   n o d is   s u p p o s ed   to   h a v an   in f in ity   p o wer   an d   it i s   ass o ciate d with   m ain   p o wer   s u p p ly .     2 . 3 .   E nerg y   co ns t ra int    Fo r   W SN  with   lar g e r   n etwo r k   ar ea ,   u s u ally   th m o s o f   th e   SNs   ca n lie   i n s id th e   co m m u n icatio n   r an g o f   s in k   n o d e.   Hen ce   t h SNs   n o o n ly   p er f o r m   t h s en s in g   task   an d   also   ex ec u tes  r elay in g   task   [ 5 ] .   Un d er   th is ,   th s en s o r   n o d es  wo r k   as  r elay s   an d   h elp s   to   th s o u r ce   s en s o r   n o d es  to   f o r w ar d   th d ata  p ac k ets  to   th s in k   n o d e.   Du t o   th ese   m u ltip le  r esp o n s ib ilit ies,  all  s en s o r   n o d es  n ee d   t o   b e   awa k e n in g   f o r   alm o s all   th tim wh ic h   r esu lts   in   f aster   en er g y   d ep letio n   [ 2 9 ] .   Hen ce   th e n er g y   lev els  o f   SNs   a r d r o p p e d   in t o   th e   lev el  b elo th en er g y   th r esh o ld ,   wh ich   m a k es  th n o d es   to   d r iv in to   th m o d o f   e n er g y   h a r v esti n g   to   p r o cu r s u f f icien e n er g y .   T h u s ,   m ak in g   th SNs   to   h av en er g y   h ar v esti n g   ca p ab ilit ies  ca n   en h an ce   th e   life tim o f   n etwo r k .     P r o p o s ed   to   d ev elo p   an   en er g y   co n s tr ain ass is ted   R NP.  He r th en e r g y   co n s tr ain is   d ef in ed   with   r esp ec to   two   p ar am eter s   s u c h   as  h ar v esti n g   r ate  an d   d ep let io n   r ate.   As  alr ea d y   d is cu s s ed ,   th at  th h a r v esti n r ate  is   alwa y s   less   th an   th d ep letio n   r ate,   i.e . ,   th tim tak en   f o r   p r o cu r in g   th s u f f icie n en er g y   th r o u g h   en er g y   h ar v esti n g   is   g r ea ter   t h an   th e   tim tak e n   f o r   d ep letin g   th e   en er g y .   T h is   is   d u to   th is s u o f   b o th   task s   s u ch   as  tr an s m itti n g   an d   r ec e i v in g .   C o m p a r ed   to   t h d ep le tio n   r ate  o f   r elay   n o d e,   th d ep letio n   r ate  o f   a   s o u r ce   n o d is   less   d u e   to   t h s in g le  r esp o n s ib ilit y .   I n   th i s   wo r k ,   f o r   en er g y   h ar v esti n g   m o d el,   we  h av f o llo wed   t h f ea t u r es  o f   e n e r g y   h ar v esti n g   s en s o r s   [ 2 6 ]   i n   wh ich   th e   s en s o r   n o d e   wil ac tiv o n ly   af ter   g ain in g   s u f f icien am o u n o f   e n er g y .   Af ter   g ai n in g   s u ch   am o u n o f   en er g y ,   it  ca n   b ac tiv at io n   en er g y   ,   th e   r elay   n o d ca n   s p en d   an d   h ar v est  s im u ltan eo u s ly .   Hen ce   t h er ex is ts   r elatio n s h ip   b etwe en   h ar v esti n g   r ate   an d   d ep l etio n   r ate.   L et    b th e   d ep letio n   r ate  an d     b th h ar v esti n g   r ate,   r elay   n o d is   f o r m u lated   in to   th r ee   m o d es  b ased   o n   t h r elat io n s h ip   b etwe en   an d   ,   as   ( 2 ) ;     = { = ,         ( ) < ,       ( ) > ,        ( )     ( 2)     W h er   is   th r elay   m o d e.   L et   b th r esid u al  en er g y   lef t   at  R af ter   p ar ticu lar   s p an   o f   tim t ,   if   it  is   less   th an   th en er g y   th r esh o ld   ,   th en   it  s to p s   all  th co m m u n icatio n s   an d   s witch es  to   th h ar v esti n g   m o d e.   Du r in g   th is   m o d th e   tr an s ce iv er   o f   R is   tu r n ed   o f f .   On ce   th R h as  tu r n ed   o f f   th tr an s ce iv er ,   th SS ca n n o f o r war d   th d ata,   by  wh ich   th n etwo r k   b ec o m es  d is co n n ec ted .   Hen ce   th er is   n ee d   o f   b ac k u p   R Ns  to   p er f o r m   th e   r esp o n s ib ilit ies  o f   cu r r en t   d is co n n ec ted R N.   Ho wev er ,   th p r o b lem   is   to   d is co v er   th e   lo ca tio n s   at  wh er th e   b ac k u p   R Nsh av to   p lace .   O n p o s s ib le  s o lu tio n   is   to   k ee p   th b ac k u p   R Ns  at  th lo ca tio n   ap p r o x im ately   n ea r er   to   th d ep ar te d   R Ns.  H o wev er ,   it is   n o t a   v iab lean s w er   b ec au s th er is   n o   k n o wled g ab o u t th r ate  o f   h ar v esti n g   o f   p a r ticu lar   lo c atio n .   Mo r eo v er ,   lo ca tin g   th b ac k u p   R at  th s am lo ca tio n   o f   d e p ar te d   R m ay   ca u s es  s er io u s   ef f ec ts   lik p h y s ical  d estru ctio n ,   lo ca t io n   d am a g e,   b ar r ier s ,   a n d   s h ad es.  Mo r eo v er ,   t h e   in ac cu r ate  p r ed ictio n   ab o u th en er g y   av ailab ilit y   ca u s es  s er io u s   ef f ec o v er   th life tim o f   n etwo r k ,   d u to   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J I n f   &   C o m m u n   T ec h n o l   I SS N:  2252 - 8 7 7 6       A n   efficen t c o ve r a g a n d   m a ximiza tio n   o f n etw o r lifetime  in   WS N   th r o u g h   … ( A .   N a g esw a r   R a o )   163   th u n p r ed ictab le  r elatio n s h ip   b etwe en   r at  o f   d e p letin g   an d   r ate  o f   h ar v esti n g .   As  d eli b er ated   ab o v e,   t h en er g y   h ar v esti n g   f r o m   n atu r al  r eso u r ce s   lik win d ,   s u n ,   h ea an d   v ib r atio n   is   to tally   u n co n tr o llab le  an d   u n r eliab le.   Hen ce   th en er g y   h ar v esti n g   p r o ce s s   ca n   b m o d eled   as  Sp atio - te m p o r al  p r o c ess   [ 2 7 ] .   Fu r th er   th e   en er g y   h a r v esti n g   p r o ce s s   f o ll o ws a  p er io d ic  p atter n   [ 2 8 ]   as th m ax im u m   en er g y   is   h ar v e s ted   in   th d ay   tim e   an d   m in im u m   e n er g y   is   h ar v ested   in   th n ig h tim e.   All  t h ese  co n s tr ain ts   m ak th R NP  h ig h ly   u n s tab le.   Hen ce   th is   p ap er   ad d r ess es  th b ac k u p   R Ns  wh ich   ar in d e p en d en o f   en er g y   h ar v esti n g   co n s tr ain ts   an d   also   to   th en er g y   o b tain ab ilit y   o f   R Ns in   th f u tu r e.     Un d er   th en er g y   co n s tr ain m o d ellin g ,   we  h av d e v elo p e d   an   ef f icien b ac k u p   R d ep lo y m en t   m eth o d   th r o u g h   wh ic h   ev er y   SS h as  an   av ailab ilit y   o f   z’   b ac k u p   r elay s   i n   its   n eig h b o r h o o d .   T h e   co n s tr ain t   to   p ick   u p   th b ac k u p   r elay   n o d is   m o d eled   as   ( 3 )   an d   ( 4 ) .     ( ) 1 ( ) ( ) ( )   ( 3 )     a nd      =    ( ( ) ( ) ( ) ) ,            ( 4)     W h er ( )   is   th h ar v esti n g   r ate  o f   r ela y   n o d ( )   is   th d ep let io n   r ate  o f   r ela y   n o d ( )   is   th d e p letio n   r ate  o f   a   b ac k u p   r elay   n o d ( )   is   th h ar v es tin g   r ate   o f   b ac k u p   r elay   n o d   an d   ( )   is   th r esid u al  en e r g y   o f   th e   b ac k u p   r elay   n o d e   .   T h c o n s tr ain is   ( 3 )   d ec lar e s   th at  th tim co n s u m e d   to   g ai n   s u f f icien am o u n o f   en e r g y   s u ch   th at  t h R will  g et  ac tiv esh o u ld   b less   th an   th av e r ag p r o v is io n   tim o f   s h o r t - liv ed   R Ns  f r o m   all  t h r em ain in g   s ets  o f   R Ns.  Fu r th er ,   th co n s tr ain t   s h o wn   in   ( 4 )   f in d s   th s h o r t - liv ed   R Ns  b ased   o n   r esid u al  en er g y ,   h ar v esti n g   r ate  an d   d ep letio n   r ate.   T h e   s h o r test - liv ed   RN     m u s h ar v est  th en o u g h   am o u n o f   e n er g   to   g et  ac tiv ate  in   th e   tim th s h o r test - liv ed   R Ns  o f   o th er   r elay   s ets     g et  d ep leted .   T h u s ,   th SS Ns  wo u ld   h av alwa y s   R t o   tr an s f er   th d ata  to   s in k   n o d e.   T h r o u g h   th is   co n s tr ain t,  th s o u r ce   s en s o r   n o d k ee p   co n n e cted   to   at  least  o n e   r elay   n o d ev en   th o u g h   th e   z - 1   r elay   n o d es a r e   m o v e d   to   h ar v esti n g   m o d e.     2 . 4 .   Co nn ec t iv it y   co ns t ra int   I n   th W SN,  m o s o f   th s en s o r   n o d es  h av n o   d ir ec c o m m u n icatio n   with   s in k .   Hen ce ,   th ey   will  d ep en d   o n   th r elay   n o d es  to   f o r war d   th s en s ed   d ata.   I n   th e   co n v en tio n al  r elay   n o d p lac em en t,  if   an y   r elay   n o d is   d is co n n ec ted   d u to   r ea s o n s   lik lim ited   en er g y ,   o u o f   r an g c o m m u n icatio n ,   b u f f er   o v er f lo etc. ,   th s o u r ce   n o d will  g et  d is c o n n ec ted   f r o m   th n etwo r k .   He n ce   th r elay   n o d n ee d s   to   b e   p o s itio n ed   in   s u ch   m an n er   th at  all  th SS Ns  ca n   f o u n d   co m m u n icatio n   lin k   eith er   th r o u g h   o n r elay   o r   t h r o u g h   s et  o f   r elay s .   R n ee d s   to   b e   p lace d   b ase d   o n   th e   s ev er al   co n s tr ain ts   an d   if   n o th e   d e p lo y in g   c o s an d   m ain ten a n ce   o v er h ea d   will b to o   h ig h .   He n ce   th er is   n ee d   o f   a n   o p tim al  R Ns d ep lo y m en t to   g u ar an t ee   th co n n ec tiv it y .   T h m ajo r   h u r d le  in   th d ep l o y m en is   th to tal  n u m b e r   o f   R Ns  to   b p o s itio n ed   s u ch   th at  th n etwo r k   ca n   ac h iev m ax im u m   co n n ec tiv it y .   I f   less   r elay   n o d es  ar e   p lac ed   th en   th e r is   p r o b lem   o f   co n n ec tiv ity ,   m ea n s   all  s o u r ce   s en s o r   n o d es  ar n o co v er ed .   O n   th o th e r   h an d ,   i f   g r ea ter   n u m b e r   o f   R Ns   ar e   lo ca ted ,   th en   th e r will b p r o b lem   o f   h ig h   d ep l o y m en t c o s t a n d   also   th h u g e   m ain ten an ce   o v er h e ad .     Hen ce ,   we  d ev elo p e d   an   o p tim al  R NP  s tr ateg y   wh ich   en s u r es  m ax im u m   co n n ec tiv ity   with   o p tim al   n u m b er   o f   R Ns.  Fo r   g iv en   s et  o f   r elay s ,   th p r o p o s ed   m et h o d   f ir s t d is co v er s   th p o s s ib l p ath s th en   th r elay   n o d ch ec k s   wh eth er   th s in k   is   with in   th co m m u n icatio n   r an g o r   n o t.   I f   it  is   f o u n d   th at  th s in k   n o d is   with in   th co m m u n icatio n   r a n g e,   th en   th e   r elay   n o d c o n n e cts  to   th s in k   d ir ec tly .   On   th o th er   h a n d ,   if   t h e   s in k   is   f o u n d   th at  it  is   n o in   th co m m u n icatio n   r an g b u ti s   in   th co m m u n icatio n   r an g e   o f   n eig h b o r   r ela y   n o d e,   th en   th cu r r en t   r ay   n o d estab lis h es  lin k   to   th s in k   th r o u g h   th n eig h b o r   r elay   n o d e.   Fo r   in s tan ce ,   if   we  co n s id er   th p ath   ,   h er i   is   th cu r r en t r elay   n o d e,   j   is   th e   n eig h b o r   r ela y   n o d an d   B   is   s in k .   T o   en s u r th c o n n ec tiv ity   th er e   will  b at  least  o n r ela y   n o d wh ich   h a v p ath   to   th s i n k   eith er   d ir ec tly   o r   th r o u g h   f o r war d in g   r elay s .   T h co n n ec tiv ity   c o n s tr ain t is f o r m u lated   as  ( 5 ) .      =   ,       ( 5 )     W h er e     is   th cu r r en r elay   n o d e,   is   th n eig h b o r   r elay   n o d an d   B   is   th s in k .     No t e:   to   estab lis h   co n n ec ti o n   b etwe en   an d   ,   th E u clid e an   d is tan ce   b etwe en     an d     m u s b les s   th an   o r   e q u al  to   t h co m m u n ic atio n   r an g e   o f   ea c h   o th e r .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 7 7 6   I n t J I n f   &   C o m m u n   T ec h n o l Vo l.  10 ,   No .   3 ,   Dec em b er   20 2 1   :   1 5 9 1 7 0   164   2 . 5 .   Co v er a g c o ns t ra int    T h co v er a g co n s tr ain is   d ef in ed   as  th m ax im u m   n u m b er   o f   SNs   th o s wer co v er ed   b y   o n R N.   As  th n u m b e r   o f   SNs   in cr ea s es  co v er ed   b y   a   R N,   th to tal  n u m b er   o f   R Ns  to   g et  d ep lo y   will  g et  m in im ized .   Her th co v er ag e   co n s tr ain i s   ev a lu ated   b ased   o n   th E u cl id ea n   d is tan ce   b etwe en   th e   SNs   an d   R Ns.  Fo r   a   SS N,   an d   R N, ,   th co v er a g c o n s tr ain t is d ef in ed   as   ( 6 ) ;      ( , ) ,          ( 6 )     T h s o u r ce   s en s o r   n o d   ca n   s ee k   th h elp   o f   a   R N,   wh en   it   is   with in   th co m m u n icatio n s   r an g e.   T h co v er a g co n s tr ain s h o wn   in   ( 6 )   d en o tes  th at  ev er y   S N,   m u s b co v er e d   b y   at  least  o n R f r o m   ea ch   o f   z’   r elay   s ets.  T h d e m o n s tr atio n   o f   co n n ec tiv ity   an d   co v er a g co n s tr ain t is d ep icted   as  Fig u r 1 .           Fig u r e   1 .   C o n n ec tiv ity   an d   co v er ag co n s tr ain t       As ex p o s ed   in   th F ig u r e   1 ,   th R N, 1 ,   1   co v er s   f o u r   SS Ns s u ch   as  1 2 3   an d   4 .   Nex t th R N, 2 ,   2   co v er s   f iv SS Ns  s u ch   as  1 2 3 4 5 6 an d   7 . An d ,   th R N, 3 ,   3   co v er s   th r ee   SS Ns  s u ch   as   5 6 an d   7 .   R N, 4 ,   4   co v e r s   two   SS Ns  s u ch   as  2 ,   an d   3 Fin ally ,   th e   R N, 5 ,   5   co v er s   t h r ee   SS Ns  s u ch   as  4 5 ,   an d   6 .   W n o ticed   th at   th 2   h as  m ax im u m   co v er ag e   an d   if   we  co n s id er   th 1 an d   2 ,   th en   t h to tal  n u m b er   o f   R Ns  r eq u ir ed   to   c o v er   th en tire   s et  o f   SS Nsar 2 .   An d ,   f o r   ev er y   SS th er is   an   alter n ativ r elay   n o d e,   f o r   ex am p le,   if   SS N, 3 ,   3 is   d is co n n ec ted   with   1 ,   th en   th r esp o n s ib ilit y   o f   d ata  f o r wa r d in g   o f   1   is   d o n with   2 .   Similar ly ,   if   th 5   is   d is co n n ec ted   with   2 ,   th en   th r esp o n s ib ilit y   o f   2   is   tak en   b y   3   b ec au s th 5 is   s im u ltan eo u s ly   co n n ec te d   with   3 .   Hen ce   th o p tim al  n u m b er   o f   R N   s ar 3 ,   i . e. , 1 2   an d   3 .       2 . 6 .   O ptim iza t io n o f   RNP   by   M O F F   I n   o r d e r   to   o p tim ize  th R NP,  we  h av ad o p ted   MO FF .   Sin ce   th f ir ef ly   ( FF )   is   s im p le  m e tah eu r is tic  alg o r ith m   with   less   co m p u tatio n al  co m p lex ity ,   we  h av c o n s id er ed   it.  W ith   o p tim al  n u m b er   o f   R Ns,  th m ax im u m   co n n ec tiv ity   is   ac h iev ed   with   less   en er g y   co n s u m p tio n .   T h r o u g h   th e   o p tim iza tio n ,   we  will  g et  a n   o p tim al  n u m b er   o f   R Ns  th r o u g h   wh ich   we  ca n   ac h ie v e   m ax im u m   co n n ec tiv ity   alo n g   with   less   en er g y   co n s u m p tio n .   T h FF   is   d ev elo p ed   b y   Yan g   [ 3 0 ]   b ased   o n   th in s p ir atio n   o f   f ir ef lies   id ea lized   b eh av io r .   Gen er ally ,   th f ir ef lies   p r o d u ce   f lash   lig h to   d r aw  th atten tio n   o f   b r ee d in g   p ar tn e r s   an d   also   f o r   im p en d in g   p r ey .   T h f lash   lig h ts   p r o d u ce d   b y   f ir ef lies   ar v is ib le  to   o n ly   f o r   lim ited   d is tan ce .   FF   is   co n s tr u cted   b ased   o n   th r ee   r u les :     ( a   E n tire   f ir ef lies   ar u n is ex ,   i.e . ,   th f ir ef lies   d r aw  th atte n tio n   o f   o th er   f i r ef lies   ir r esp ec tiv o f   s ex .     ( b )   T h atten tio n   o f   d r aw  is   r elati v to   th in ten s ity   o f   f lash lig h ts   p r o d u ce d   b y   f ir e f lies ,   i.e . ,   f o r   g iv en   two   f ir ef lies ,   th f ir ef ly   with   less   b r ig h tn ess   is   attr ac ted   to war d s   th f ir ef ly   w h ich   h as h i g h   b r ig h tn ess .     ( c   T h v ar iatio n s   in   t h lig h t in te n s ity   ar e   co m p letely   d ep en d en t o n   th q u ality   o f   f ir ef ly .   Ou r   m ain   o b jectiv is   to   attai n   an   o p tim al  n u m b er   o f   r elay   n o d es  b ased   o n   th r ee   co n s tr ai n ts   s u ch   a s   en er g y ,   co n n ec tiv ity   a n d   co v e r ag e.   Gen e r ally ,   in   f ir e f ly   alg o r ith m ,   t h f ir e f ly   wh ic h   h as   h ig h er   b r ig h tn ess   is   ch o s en   as  an   o p tim al  s o lu tio n .   Similar ly   in   o u r   wo r k ,   th r el ay   n o d is   s elec ted   wh ich   ca n   s atis f y   all  th th r ee   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J I n f   &   C o m m u n   T ec h n o l   I SS N:  2252 - 8 7 7 6       A n   efficen t c o ve r a g a n d   m a ximiza tio n   o f n etw o r lifetime  in   WS N   th r o u g h   … ( A .   N a g esw a r   R a o )   165   co n s tr ain ts .   Fo r   g i v en   s et  o f   s o u r ce   s en s o r   n o d es,  we  h av to   d er iv an   o p tim al  n u m b er   o f   R Ns  wh ich   h av e   m ax im u m   c o n n ec tiv ity   a n d   c o v er ag e.   Fo r   th is   p u r p o s e,   th o b jectiv f u n ctio n   ( )   d ef in ed   as   ( 7 ) .     ( ) min | | = 1     ( 7 )     Su b jecte d   to     E n erg co n s tr a in t:   ( 3 )   a n d   ( 4 )   C o n n ec tivity  C o n s tr a in t:   ( 5 )   C o ve r a g C o n s tr a in t:   ( 6 )     Her z’   d en o tes  th s et  o f   m in im u m   n u m b er   o f   r elay s   th r o u g h   wh ich   we  ca n   g ain   m ax im u m   co v er ag an d   co n n ec tiv ity   f o llo wed   b y   less   en er g y   c o n s u m p tio n .   R esem b lin g   with   FF   alg o r ith m ,   attr ac tiv en ess   is   r el ated   to   E n er g y ,   C o n n ec tiv ity ,   an d   C o v er ag e.   L et   ( , )   b th E u clid ea n   d is tan ce   b etwe en   s en s o r   n o d an d   r e lay   n o d e   B   in   th s o lu tio n   s p a ce ,   g iv en   b y   ( 8 )      ( , ) = ( ) 2 + ( ) 2   ( 8 )     W h er ( , )   b th co - o r d in ates  o f   SS N,   an d   ( , )   b th lo ca tio n   co o r d in ates  o f   R N,   B .   Gr o u n d e d   o n   th is   co n s tr ain t,  t h n ex t in s tan ce   is   f o r m u lated   as   ( 9 ) :     ( , ) = ( , ) + 0  ( , ) 2 ( ) +   ( 9 )     Her ( , )   is   th o b jectiv f u n ctio n   at  j th   in s tan t   an d   ( , )   d en o tes  t h o b jectiv f u n ctio n   at  i th   in s tan t,  0   is   an   i n itial  d is tan ce   ( attr ac tiv en ess )   at  E 0 ,     is   th d is tan ce   v ar iatio n   b etwe en   i   an d   j th   in s tan ts   an d     is   r an d o m izatio n   p ar am eter         3.   RE SU L T S AN D I SCU SS I O N   T h is   s ec tio n   p r esen ts s im u latio n   ex p er im en ts   co n d u cte d   o v er   th p r o p o s ed   m o d el  alo n g   with   two   co n v en tio n al  m o d els.  T h s im u latio n s   ar ca r r ie d   o u t u s in g   MA T L AB   an d   th c o m p ar ativ an aly s is   is   p r esen ted .   T h is   s ec tio n   in clu d es  s im u latio n   s etu p ,   p er f o r m an ce   ev alu atio n   th r o u g h   s e v er al  p er f o r m a n ce   m etr ics.       3 . 1 .   Sim ula t io n set   up     I n   s im u latio n   s et  u p   we  h av cr ea ted   r an d o m   n etwo r k   with   v ar y in g   n o d co u n as  [ 2 0 ,   3 0 ,   4 0 ,   5 0 ,   an d   6 0 ]   an d   with   d if f er e n n etwo r k   ar ea s ,   Ar ea   [ 300 × 300 , 500 × 500 , 700 × 700 , 900 × 900 , 1100 × 1100 ]   an d   th s in k   is   p lace d   at  r an d o m   lo ca tio n .   T h tr an s m is s io n   r an g o f   s en s o r   n o d es  is   co n s id er ed   as   o n f o u r th   o f   th n etwo r k   ar e a,   f o r   ex am p le,   if   Ar ea   is   300 × 300   2 ,   th en   th co m m u n icatio n   r a n g is   k ep as  7 5   m .   T h co m m u n icatio n   r an g o f   b o th   s en o r   n o d a n d   r elay   n o d es  is   ass u m ed   as  s am e.   T o   ad o p th en er g y   h a r v esti n g   ca p ab ilit ies  to   th SNs ,   we  h av f o llo wed   th en er g y   d is tr ib u tio n   m o d el  ex p lo r ed   in   [ 3 1 ] .   T h d etails o f   s im u latio n   p ar a m eter s   ar p r esen ted   in   T ab le   1.       T ab le   1 .   Simu latio n   s et  u p   P a r a me t e r     V a l u e     N u mb e r   o f   n o d e s   [ 2 0 ,   3 0 ,   4 0 ,   5 0 ,   a n d   6 0 ]   N e t w o r k   A r e a     [ 300 × 300 , 500 × 500 , 700 × 700 , 900 × 900 , 1100 × 1100 ]   C o mm u n i c a t i o n   r a n g e     1 4 ( N e t wo r k   A r e a )   S i n k   n o d e   l o c a t i o n     R a n d o m   D a t a   R a t e     1 2 5   k b p s   D a t a   t y p e     C o n st a n t   B i t   R a t e   ( C B R )   En e r g y   t h r e s h o l d   ( T E ))   1 0 o f   i n i t i a l   e n e r g y   A c t i v a t i o n   E n e r g y   ( A E )   7 5 o f   t o t a l   e n e r g y   c a p a c i t y   P a c k e t   si z e     5 1 2   b y t e s   H a r v e s t i n g   e n e r g y   ( mW ) -   U n i f o r m   0 . 3 ,   0 . 6 ,   0 . 9 ,   1 . 2 ,   1 . 5   H a r v e s t i n g   e n e r g y   ( mW ) -   R a n d o m   0 . 2 ,   0 . 4 ,   0 . 6 ,   0 . 9 ,   1 . 3         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 7 7 6   I n t J I n f   &   C o m m u n   T ec h n o l Vo l.  10 ,   No .   3 ,   Dec em b er   20 2 1   :   1 5 9 1 7 0   166   3 . 2 .   P er f o rma nce  m et rics   T h p er f o r m a n ce   m etr ics  we  h av co n s id er ed   ar T o tal  n u m b e r   o f   R Ns,  av er ag en er g y   co n s u m p tio n   ( AE C )   an d   n etwo r k   life tim ( NL ) .   T h d ef in iti o n s   o f   p e r f o r m an ce   m et r ics  ar e   d o n as :       T o tal  n u m b e r   o f   r elay   n o d es   T h is   m etr ic  is   d ef in ed   as  th n u m b er   o f   R Nses s en tia to   d e p lo y   in   th n etwo r k   s u c h   th at   ev er y   SN  will   h av at  least o n R N.   L ess er   th to tal  n u m b er   o f   R Ns,  b etter   th p er f o r m an ce .       Netwo r k   life tim e   T h is   m etr ic  is   d ef in ed   as  th tim tak en   b y   th p r o ce s s   f r o m   th s tar tin g   o f   n etwo r k   to   th tim u n til  an y   SS is   f ailed   to   s en d   t h d ata  to   t h s in k   n o d e.   I n   th is   p ap e r ,   th e   n etwo r k   is   ass u m ed   to   b d is co n n ec ted   wh en   an y   o f   th e   SN  is   n o t   co n n ec ted   to   ev en   o n R th er e b y   it  ca n s en d   th s en s ed   d ata   to   s in k .   H ig h er   th n etwo r k   life tim e,   b etter   th p er f o r m an ce .       Av er ag en e r g y   c o n s u m p tio n   T h is   m etr ic  is   d e f in ed   as  th e   av er ag am o u n o f   e n er g y   co n s u m ed   b y   n o d e   ( b o th   s en s o r   an d   r elay )   to   s en s an d   f o r war d s   th d at to   s in k   n o d e.   L ess er   th e   Av er ag e   en er g y   co n s u m p tio n ,   b etter   th e   p er f o r m an ce .     3 . 3 .   Resul t s   I n   th is   s ec tio n ,   we  r ep r esen t h p ar tic u lar s   o f   p er f o r m a n ce   m etr ics  ev alu ated   af ter   t h s i m u latio n   o f   p r o p o s ed   m o d el  o v er   v ar y in g   n etwo r k   c h ar ac ter is tics .   Simu ltan eo u s ly ,   a   d etailed   co m p ar is o n   o f   t h p r o p o s ed   MO FF - RN an d   co n v en tio n al  ap p r o ac h es.  U n d er   th c o n v en tio n al   ap p r o ac h es,   we  h av co m p ar ed   th e   MO FF - R NP  with   GA - R NP  [ 1 3 ]   an d   AB C - R NP  [ 2 3 ] .   Un d er   th f ir s ca s e,   we  h av v ar ied   th n u m b er   o f   n o d es  an d   m ea s u r ed   th to tal  n u m b er   o f   r elay   n o d es  an d   n e two r k   life tim e.   U n d er   th s ec o n d   ca s e,   we  h av e   v ar ied   th n etwo r k   s ize  an d   m ea s u r ed   th to tal  n u m b er   o f   r e lay   n o d es  an d   n etwo r k   life tim e.   Un d er   th ir d   ca s e,   we  h av v ar ie d   th r en ewa b l p o wer   s u p p ly   an d   m ea s u r e d   th n etwo r k   life tim an d   f in ally   th av er a g e   en er g y   c o n s u m p ti o n   is   m ea s u r ed   with   v ar y i n g   n u m b e r   o f   R Ns.    Fig u r e   2   illu s tr ates  th d etails   o f   to tal  n u m b er   o f   R Ns  d ep l o y ed   f o r   v ar y in g   n u m b e r   o f   SNs .   Fro m   th is   f ig u r e,   we  ca n   o b s er v t h at  th n u m b er   o f   R Ns  in cr e ases   g r ad u ally   with   an   in cr ea s in   th n u m b er   o f   SNs .   As  th e   SS co u n in cr ea s es,  th ey   n ee d   m o r ass is tan ce   ( i.e . ,   m o r e   u m b er   o f   R Ns)  to   f o r war d   th s en s ed   d ata  to   th s in k .   Af ter   p ar ticu lar   lev el,   it  b ec o m es  co n s tan b ec au s th en tire   n etwo r k   ar ea   h as  b ee n   co v er ed   b y   t h d e p lo y ed   R Ns  an d   ad d in g   ad d itio n al  R Ns  c o n s eq u en ce s   to   m o r c o m p lex ity .   Ne x t,  th e   p r o p o s ed   MO FF - R NP  is   o b s er v ed   to   h av a   s m aller   n u m b er   o f   R Ns  co m p a r ed   t o   th co n v en tio n al  ap p r o ac h es a t e v er y   c o u n o f   SNs .   T h GA - R NP  an d   AB C - R NP  r eq u ir e   m o r r elay   n o d es.  I n   GA - R NP,  th R NP  is   co n s tr ain ed   to   f ix ed   p o s itio n s   an d   t h p lace m en is   ac co m p lis h ed   th r o u g h   Gen etic  Alg o r ith m .   GA - R NP  d id n f o cu s   o n   th e   co n n ec tiv ity   b u n o o n   th co v er ag an d   en er g y   d u to   wh i ch   th er is   n ee d   o f   g r ea ter   n u m b er   o f   R Ns  to   co v er   th e n tire   s et  o f   SS Ns . Nex t,  th e   AB C - R NP  f o llo wed   AB C   alg o r ith m   f o r   th e   s elec tio n   o f   o p tim al  lo ca tio n s   o f   R Ns  b y   w h ich   th NL   is   m ax im ized   wh ile   th r estrictio n s   o n   co s an d   co n n e ctiv ity   ar f u lf illed .   Ho wev er ,   th is   ap p r o ac h   d id n f o cu s   o n   th en er g y   d e p letio n   r ate  b y   wh ich   th ad d itio n a R Ns   ar e   r eq u ir ed   b ec au s th e   s o u r ce   s en s o r   n o d will  g et   d is co n n ec ted   if   all  th r elay   n o d es  a r d ep leted .   On   a n   av e r ag e   th e   p r o p o s ed   ap p r o ac h   h as  lo ca te d   8   r ela y   n o d es  wh ile  th A B C - R NP  an d   GA - R NP  lo ca t ed   1 6   an d   1 9   r elay   n o d es  r esp ec tiv ely .   T h is   r esu lt  s h o ws  th a th MO FF - R N r eq u ir ed   o n ly   h alf   o f   t h r elay s   o f   AB C - R NP  an d   th is   g r ea t a ch iev em en t is d u t o   th en er g y   h ar v esti n g   ca p ab i liti es o f   SNs .     I n   th is   wo r k ,   th NL   is   d e f in e d   b y   th tim at  wh ic h   an y   o f   th SS ca n f o u n d   R to   co n n ec t.   Fig u r e   3   illu s tr ate s   th d etails  o f   NL   f o r   v a r y in g   n u m b er   o f   SNs .   Fro m   th is   f ig u r e,   we  ca n   o b s er v th at   th e   n etwo r k   life tim d ec r ea s es  g r ad u ally   with   a n   in cr ea s in   th n u m b er   o f   SNs .   As  th SS co u n t   in cr ea s es,  th e   n etwo r k   r esu lts   in   m o r ac tiv it ies  lik p ac k et  r etr an s m is s i o n s ,   s y n ch r o n izatio n s   an d   co m m u n icatio n s   b etwe en   n o d es  b y   wh ich   t h en er g y   o f   n o d es  will  g et  d ep leted   f aster   r ate.   Ho wev er ,   th p r o p o s ed   MO FF - R NP  s h o ws   m o r n etwo r k   life tim c o m p ar ed   to   th c o n v e n tio n al  a p p r o ac h es.    I n   th e   co n v en tio n al  ap p r o ac h es,  th r ela y   n o d es  will  n o h av en e r g y   h ar v esti n g   ca p ab il ities   an d   if   th eir   en er g y   lev el  is   b el o th n etwo r k   will  f ail.   Fu r th er ,   t h er is   n o   b ac k   u p   o f f   r elay   n o d es  an d   t h s o u r ce   s en s o r   n o d es a r d is co n n ec ted   co m p letely .   T h GA - R NP  alg o r ith m   willn o en s u r e   th at  e v er y   SN  is   co v er ed   b y   R N.   Hen ce   th e   p er f o r m an ce   is   p o o r .   I n   p r o p o s ed   m et h o d   th er ex is ts   alwa y s   at  least  o n e   b a ck u p   R f o r   ev er y   SS N.   Mo r e o v er ,   o u r   ap p r o ac h   en s u r es  g u ar an teed   co n n ec tiv ity   an d   n ev er   m a k es  th SS Ns  to   ac co m p lis h   th R Ns   r esp o n s ib ilit y .   Hen ce   th n etwo r k   life tim is   m o r c o m p ar ed   to   th c o n v e n tio n al  a p p r o ac h es.  On   an   a v er ag t h p r o p o s ed   ap p r o ac h   h as  n etwo r k   life tim o f   1 0 , 6 0 0   m in u tes  wh ile   th e   AB C - R NP  an d   GA - R NP  h as  7 , 5 0 0   m in u tes  a n d   6 , 3 0 0   m in u tes r esp ec tiv ely .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J I n f   &   C o m m u n   T ec h n o l   I SS N:  2252 - 8 7 7 6       A n   efficen t c o ve r a g a n d   m a ximiza tio n   o f n etw o r lifetime  in   WS N   th r o u g h   … ( A .   N a g esw a r   R a o )   167           Fig u r e   2 .   Nu m b er   o f   r elay   n o d es v s   n u m b er   o f   s en s o r   n o d es   Fig u r e   3 Netwo r k   life tim v s   n u m b er   o f   s en s o r   n o d es       Fig u r e   4   d escr ib es  t h d etails  o f   n u m b e r   o f   R Nso b tain ed   b y   th e   p r o p o s ed   an d   c o n v en tio n al   ap p r o ac h es  as  f u n ctio n   o f   n etwo r k   s ize.   Fro m   th is ,   we  ca n   o b s er v th at  th n u m b er   o f   R Ns  in cr ea s e s   g r ad u ally   with   a n   i n cr ea s in   th e   n etwo r k   s ize.   Fo r   in s tan ce ,   in   th e   ab o v f i g u r e,   th e   p r o p o s ed   ap p r o ac h   r eq u ir es   2   R Ns  f o r   a   n etwo r k   s ize  o f   7 0 0 x 7 0 0   wh e r ea s   i was  in cr ea s ed   to   8   wh e n   t h n etwo r k   s ize  is   in cr ea s ed   to   1 1 0 0 x 1 1 0 0 .   As  th n etwo r k   s ize  in cr ea s es,  f o r   f ix ed   co m m u n icatio n   r an g n o d e ,   ad d itio n al  R Ns  ar r eq u ir e d   to   d e p lo y   f o r   co v er in g   th e   en tire   ar ea .   Sin ce   th R ca n   co v er   o n l y   a   f i x ed   c o v er a g ar ea ,   th r em ain in g   ar ea   is   co v er e d   b y   a d d itio n al  R Ns.  T h p r o p o s ed   MO FF - R NP  d ep lo y ed   s m aller   n u m b er   o f   R Ns  an d   th in cr em en is   al s o   g r ad u al.   T h is   r ev ea ls   th at  th p r o p o s e d   ap p r o ac h   h as  h ig h   co v er ag ca p a b ilit y   th an   th co n v en tio n al  a p p r o ac h es.  B ec au s eit  is   s im p le;  MO FF - R N s ea r ch es  f r o m   th s in k   an d   d e p lo y s   R Ns   s u ch   th at  ev er y   s o u r ce   node   is   co n n ec ted   to   s in k   th r o u g h   eit h er   o n e   o r   m u ltip le  R Ns.  T h is   f ac b en ef its   to   th e   pr o p o s ed   an d   h e n ce   th to tal   n u m b er   f o r   R Ns  is   le s s   co m p ar ed   to   th c o n v e n tio n al  ap p r o ac h es.  On   an   av er ag t h p r o p o s ed   ap p r o ac h   h as  lo ca te d   4   R Ns  wh ile  th AB C - R N an d   GA - R NP  lo ca ted   7   a n d   1 0   r ela y   n o d es r esp ec tiv ely .     Fig u r e   5   d escr ib es  t h d etail s   o f   n etwo r k   life tim f o r   v a r y in g   n etwo r k   s ize.   Fro m   th i s ,   we  ca n   o b s er v th at  th n etwo r k   life tim d ec r ea s es  g r ad u ally   with   a n   in cr ea s in   th n etwo r k   s ize.   I n   n etwo r k   with   s m aller   s ize,   th r elay   n o d es  ar o u n d   th s in k   h av e   less   b u r d e n   b u in   th ca s o f   n etwo r k   w ith   lar g er   s ize,   th e   r elay   n o d es  ar o u n d   s in k   will  s u f f er   with   g r ea b u r d en .   I n   a n   elab o r ated   wa y ,   th e   r elay   n o d e s   n ea r er   t o   th e   s in k   will  ca r r y   th e   d ata  p ac k ets  o f   all  n o d es  in   t h n etwo r k   t h e r eb y   t h en e r g y   will  g et  d ep l et ed   m o r e   q u ick ly ,   r esu ltin g   in   an ea r l y   f ailu r o f   th n etwo r k .   W ith   s m all  n etw o r k s   ( i.e . , 3 0 0 x 3 0 0 )   th GA - R NP  h as  life tim o f   1 2 5 0 0   m in u tes  wh ile  f o r   th l ar g er   n etwo r k s   ( 1 1 0 0 x 1 1 0 0 )   t h life tim is   6 5 0 0   an d   it  is   a p p r o x im ately   twice.   On   th o th er   h an d ,   th f o r   s m all  s ca le  n etwo r k s ,   th p r o p o s ed   ap p r o ac h   h as  g ain ed   a   n etwo r k   life tim o f   1 5 , 0 0 0   m in u tes wh ile  it is   o f   1 1 , 5 0 0   f o r   lar g s ca le  n etwo r k s .   T h is   s h o ws a  g r ea ter   s ca lab il ity   o f   th p r o p o s ed   MO FF - R NP.                Fig u r e   4   Nu m b er   o f   R Ns v s .   n etwo r k   s ize   Fig u r e   5   Netwo r k   life tim v s .   n etwo r k   s ize   20 25 30 35 40 45 50 55 60 0 5 10 15 20 25 30 35 N u m b e r   o f   S e n s o r   N o d e s N u m b e r   o f   R e a l y   n o d e s     M O FF - R N P A B C - R N P [ 2 3 ] G A - R N P [ 1 3 ] 20 30 40 50 60 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 N u m b e r   o f   S e n s o r   N o d e s N e t w o r k   L i f e t i m e   ( m i n u t e s )     M O FF - R N P A B C - R N P [ 2 3 ] G A - R N P [ 1 3 ] 3 0 0 x 3 0 0 5 0 0 x 5 0 0 7 0 0 x 7 0 0 9 0 0 x 9 0 0 1 1 0 0 x 1 1 0 0 0 2 4 6 8 10 12 14 N e t w o r k   S i z e N u m b e r   o f   R e a l y   n o d e s     M O FF - R N P A B C - R N P [ 2 3 ] G A - R N P [ 1 3 ] 3 0 0 x 3 0 0 5 0 0 x 5 0 0 7 0 0 x 7 0 0 9 0 0 x 9 0 0 1 1 0 0 x 1 1 0 0 0 5000 10000 15000 N e t w o r k   S i z e N e t w o r k   L i f e t i m e   ( m i n u t e s )     M O FF - R N P A B C - R N P [ 2 3 ] G A - R N P [ 1 3 ] Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 7 7 6   I n t J I n f   &   C o m m u n   T ec h n o l Vo l.  10 ,   No .   3 ,   Dec em b er   20 2 1   :   1 5 9 1 7 0   168   I n   th e   p r o p o s ed   m o d el,   t h r el ay   n o d es  ar e   ass u m ed   t o   h av e   en er g y   h ar v esti n g   ca p a b ilit ies  an d   o n ce   th eir   en er g y   is   b elo en er g y   t h r esh o ld ,   th e y   will tu r n   o f f   all  co m m u n icatio n   an d   m o v es in to   h ar v esti n g   m o d e.   I n   th e   h ar v esti n g   m o d e,   t h r elay   n o d es  will  h ar v est  s u f f icien am o u n o f   e n er g y   an d   wil g et  ac tiv ate.   I n   th   s im u latio n   m o d el,   th e   h ar v esti n g   en er g y   is   m o d eled   with   r es p ec t to   tim e.   Fig u r e   6   r ev e als  th o b tain ed   n etwo r k   life tim v alu es  af ter   th s im u latio n   o f   p r o p o s ed   ap p r o ac h   f o r   co n s tan s u p p ly   o f   r e n ewa b le  in cr em en tal  en er g y .   I n   th is   ca s e,   we  allo ca te  s u p p ly   co n s tan an d   in cr em en ta l   p o wer   s u p p ly   a n d   th n etwo r k   life tim is   m ea s u r ed .   Fro m   th o b tain ed   r esu lts   in   Fig u r e   6 ,   we  ca n   o b s er v e   th at  th p r o p o s ed   ap p r o ac h   h a s   g ain ed   a   lin ea r   in c r em en in   th e   n etwo r k   life tim e.   T h lin ea r ity   is   d u t o   th e   co n s tan an d   s am p o wer   s u p p ly   in   an   i n cr em en tal   f ash io n .   Fu r th er m o r e,   we  ca n   n o tice   th at  th e   p r o p o s ed   ap p r o ac h   h as  h ig h er   n etwo r k   life tim th an   t h co n v en ti o n al  ap p r o ac h es.  On   an   a v e r ag th p r o p o s ed   ap p r o ac h   h as  n etwo r k   life ti m o f   1 4 0 0 0   m in u tes  wh ile  th AB C - R NP  an d   GA - R N h as  1 1 0 0 0   m i n u tes  an d   9 0 0 0   m in u tes r esp ec tiv ely .                 Fig u r e   6 .   Netwo r k   L if etim v s .   C o n s tan t Ren ewa b le  p o wer   s u p p l y   Fig u r e   7 .   Netwo r k   L if etim v s .   R an d o m   R en ewa b le  p o wer   s u p p l y       Un lik th ab o v e   s im u latio n ,   h er we  h av s im u lated   wit h   r an d o m   r en ewa b le  p o wer   s u p p ly ,   t h o b s er v ed   n etwo r k   life tim is   s h o wn   in   F ig u r e   7 .   I n   th is   s im u latio n ,   in itially   th s en o r   n o d es  ar s ated   with   r an d o m   n u m b er   o f   en e r g ies  an d   also   h ar v ested   r an d o m   n u m b er   o f   en er g ies.  Fro m   th is   f ig u r e,   we  ca n   n o tice   th at  th o b s er v e d   n etwo r k   life tim th r o u g h   r a n d o m   r e n e wab le  p o wer   s u p p ly   is   less er   th an   th e   n etwo r k   life tim o b tain ed   th r o u g h   co n s tan r en ewa b le  p o wer   s u p p ly   ( as  s h o wn   in   F ig u r e   6 ) .   Fo r   d etailed   a n aly s is ,   we  h av i n cr em en te d   th e   r en e wab le  p o wer   s u p p ly   in   r an d o m   in ter v als.  I n itially   it  was  in cr ea s ed   b y   0 . 2   m W   an d   f u r th er   it  was  in cr ea s ed   b y   0 . 3   m W   an d   0 . 4   m W   an d   o b s er v ed   m ax im u m   n etwo r k   life tim o f   1 6 5 0 0   m in u tes  ( 1 . 3   m W )   wh er ea s   in   th co n s tan p o wer   s u p p ly   it  is   o f   2 0 , 0 0 0   m in u tes  ( at  1 . 5   m W ) .   T h is   i s   m o r e   r ea lis tic  o n b ec au s in   r ea t im th er is   n o   p o s s ib ilit y   o f   co n s tan p o wer   s u p p ly   d u to   u n p r ed ictab le  a n d   u n r eliab le  en v ir o n m en ts .   On   an   av er ag e   th p r o p o s ed   ap p r o ac h   h as  n etwo r k   life tim o f   1 1 0 0 0   m in u tes   wh ile  th AB C - R NP a n d   GA - R NP h as 9 2 0 0   m in u tes an d   8 3 0 0   m in u tes r esp ec tiv ely       4.   CO NCLU SI O N     T h is   p ap er   d ea ls   with   th e   o p tim izatio n   o f   t r ad itio n al  W SNs   b y   in teg r ati n g   th e   en er g y   h ar v esti n g   R elay   No d es.  T h ce n tr al  i d ea   o f   th is   p a p er   is   to   o p t im ize  th r ee   f ac to r s   s u ch   as   Av er ag E n er g y   C o n s u m p tio n ,   C o n n ec tiv ity   a n d   C o v er ag e .   T h is   p r o b lem   is   n o ticed   as  NP - h ar d   o p tim izatio n   f r o m   th ea r lier   s tu d ies.  Ho wev er   m eta - h eu r is tics   ar f o u n d   f air ly   b etter   p e r f o r m a n ce   to war d s   s u ch   p r o b l em s .   B ased   o n   th i s   in s p ir atio n ,   we  h av d e v elo p ed   Mu lti - Ob jectiv Fire f ly   Alg o r ith m   b ased   R elay   No d e   Placem en t.  I n   th is   alg o r i th m ,   th s en s o r   n o d es  ar ass u m ed   to   h av a n   e n er g y   h ar v esti n g   ca p a b ilit y   an d   also   f o cu s ed   to   m ain tain   s et  o f   b ac k u p   r elay s   alwa y s   f o r   e v er y   s en o r   n o d e.   Fu r th e r ,   th is   ap p r o ac h   also   co n s id er ed   co n n ec tiv ity   an d   co v er ag e   co n s tr ain ts   to   attain   an   o p tim al  n u m b er   o f   r ela y   n o d es  th r o u g h   wh ic h   ev e r y   s en s o r   n o d will  h a v co n n ec tio n   at   an y   tim e.   Fin ally ,   th e   o p tim al  r elay   n o d e   p lac em en is   f o r m u lated   as  a n   o b j ec tiv f u n ctio n   an d   s o lv ed   th r o u g h   f i r ef ly   alg o r ith m .   T h r o u g h   co m p u ter   s im u latio n s   we  h av p r o v ed   th at   p r o p o s ed   m eth o d   o u tp er f o r m ed   th s tate - of - a r m eth o d s .   0 . 3 0 . 6 0 . 9 1 . 2 1 . 5 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2 1 . 4 1 . 6 1 . 8 2 x   1 0 4 R e n e w a b l e   E n e r g y   S u p p l y   ( m W ) N e t w o r k   L i f e t i m e   ( m i n u t e s )     M O FF - R N P A B C - R N P [ 2 3 ] G A - R N P [ 1 3 ] 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 9 1 . 3 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 R e n e w a b l e   E n e r g y   S u p p l y   ( m W ) N e t w o r k   L i f e t i m e   ( m i n u t e s )     M O FF - R N P A B C - R N P [ 2 3 ] G A - R N P [ 1 3 ] Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.