C omp u te r   S c i e n c e   an d   I n for mati on   T e c h n ol ogi e s   V ol .   6 ,   N o .   3 N ove m b e r   20 25 ,   p p.   262 ~ 273   IS S N :   2722 - 3221 D O I :   10. 1 1591 / c s i t . v6 i 3 . pp26 2 - 273             262     Jou r n al   h o m e pa ge ht t p: / / i ae s pr i m e . c om / i nd e x . php / c s i t   Op t i mi z i n g   e n e r g y   d i st r i b u t i o n   e f f i c i e n c y   i n   w i r e l e ss se n s o r   n e t w o r k s us i n g   t h e   h y b r i d   L E A C H - D E C A R   a l g o r i t h m       M u h ammad   A b yan   N i z ar   M u n tas h i r ,   V e r N o vi an a   S u l i s tyaw an ,   N oor   H u d a l l ah   D e p a rt m e n t   o E l e c t ri c a l   E n g i n e e ri n g ,   F a c u l t y   o E n g i n e e ri n g ,   S e m a ra n g   S t a t e   U n i v e rs i t y ,   S e m a ra n g ,   In d o n e s i a       A r ti c l e   I n fo     A BS TR A C T   Ar t i c l e   h i s t or y :   Re c e i v e d   F e b   2 20 25   Re vi s e J un   5 2025   A c c e pt e J un   13 2025       W i r e l e s s   s e n s o r   n e t w o r k   ( W S N )   i s   a   n e t w o r k   s y s t e m   c on s i s t i ng   o f   v a r i ou s   s u p p or t i n g   c o m p on e n t s   t h a t   i n t e g r a t e   i n f o r m a t i o t o   t h e   ba s e   s t a t i on .   I n   i t s   op e r a t i o n ,   de l i v e r y   i s   g r e a t l y   i n f l u e n c e d   b y   e n e r g y   u s a g e   b e c a u s e   l i m i t e d   ba t t e r y   s u p p l y   c a u s e s   v a r i a b i l i t y   i n   e n e r gy   c on s u m p t i o n   o n   n od e   a c t i v i t y   f a c t o r s ,   c o m m u n i c a t i on   d i s t a nc e ,   a n d   e n v i r on m e n t a l   c on d i t i on s .   S o ,   i n   o r d e r   t o   i nc r e a s e   p e r f o r m a n c e   a n e n e r g y   e f f i c i e nc y ,   a   r o u t i ng   p r o t o c o l   i s   r e qu i r e d   b y   s e l e c t i ng   t h e   b e s t   p a t h   t h r o ug h   c l u s t e r   h e a d .   T h e   t e c h n i qu e   o f   d e t e r m i n i ng   t h e   c l u s t e r   h e a d   ( C H )   b a s e d   on   e n e r gy   i s   u s e d   t a v o i d   i r r e g u l a r i t y   ( r a n do m n e s s ) .   I t h i s   s t u dy ,   t h e   h yb r i d   r o u t i ng   p r o t o c o l   s e l e c t s   CH   b a s e d   on   t he   r e m a i n i n g   e n e r gy ,   c on s i d e r i n d i s t a n c e ,   c o ve r a g e   r a d i u s ,   a n d   e n e r g y   m e t r i c s .   T he   s ys t e m   t e s t   e v a l u a t i o n   c o m pa r e s   t h e   i m p l e m e n t a t i o n   o f   l ow - e n e r gy   a d a p t i v e   c l u s t e r i ng   h i e r a r c hy   ( L E A C H )   a n d   hy b r i d   L E A C H -   D i s t r i b u t e d ,   e n e r g y   a n d   c o v e r a g e - a w a r e   r o u t i ng   ( D E C A R ) .   T h e   r e s u l t s   o f   3 0 0   r o un d s   s h ow   t h a t   t he   h yb r i d   a c h i e ve s   a   pa c k e t   d e l i v e r y   r a t i o   c l o s e   t o   1 00 %   a n d   a   t h r ou g hp u t   o f   7 8 . 22   K b p s ,   w h i l e   L E A C H   a c h i e v e s   a   p a c k e t   d e l i ve r y   r a t i o   o f   9 2 . 1 8 %   a n d   a   t h r o ug h pu t   o f   24 7 . 15   K b p s .   T h e   a v e r a g e   e n e r gy   c on s u m p t i o n   o f   L E A C H   i s   9 9 . 2 7 % ,   w h i l e   t he   h y b r i d   s h ow s   m u c h   g r e a t e r   e f f i c i e n c y   a t   3 0 . 5 5 % .   T h i s   s t u dy   e m p ha s i z e s   t he   s i gn i f i c a nc e   o f   m a i n t a i n i n g   e q u i l i b r i u m   p e r f o r m a n c e   a n d   e n e r g y   c o n s u m p t i o n   i n   t h e   d e v e l op m e n t   o f   f u t u r e   r o u t i ng   p r o t o c o l s .   Ke y w or d s :   D i s t ri bu t e d,   e n e rgy   a nd  c ove r a g e - a w a re   rou t i n g   E ne r gy   L ow - e n e rgy   a da p t i v e   c l us t e r i ng   hi e r a rc hy   P a c k e t   de l i v e ry   ra t i o   T hroug hput   W i r e l e s s   s e ns or   n e t w ork   T hi s   i s   an   op e n   ac c e s s   ar t i c l e   u nde r   t he   C C   B Y - SA   l i c e n s e .     Cor r e s pon di n g   Au t h or :   M uha m m a A b ya n   N i z a r   M un t a s hi r   D e pa r t m e nt   of   E l e c t r i c a l   E ngi n e e r i ng ,   F a c u l t y   of   E ngi n e e ri n g S e m a ra ng  S t a t e   U ni v e rs i t y   S e ka r a n,   G unu ng  P a t i ,   S e m a r a ng   Ci t y ,   C e nt ra l   J a va   50229 ,   I ndone s i a   E m a i l :   ni z a r m un t a s h i r@ s t ude nt s . u nne s . a c . i d       1.   I N TR O D U C TI O N   T e c hno l o gy   h a s   de ve l o pe d   v e r y   r a p i d l y ,   a dv a n c e s   i n   s e ns o r   t e c h no l o gy   i n   w i r e l e s s   c o m m u ni c a t i o ne t w o rk   s ys t e m s   ha v e   r e s u l t e d   i n   fur t h e r   de v e l op m e nt   [1] .   A   s e ns o r - b a s e d   w i r e l e s s   ne t w ork   s ys t e m   or   kn ow n   a s   a   w i r e l e s s   s e ns or   n e t w o rks   ( W S N s re pr e s e n t   a   s i g ni fi c a nt   t e c h no l o gi c a l   i nn ov a t i on   t h a t   s upp or t s   a   va s t   a rr a y   of   c on t e m po ra ry   us e s ,   s u c h   a s   m e d i c a l   c a r e ,   s ur v e i l l a nc e   s ys t e m s ,   s e c u ri t y   a p pa ra t us ,   a n m a n uf a c t u ri ng   pro c e s s e s   [2 ] ,   [ 3] .   W S N   h a s   s e v e ra l   pa rt s   o s m a l l   s e ns or   n ode s   t h a t   a r e   i n t e gr a t e a nd   t r a ns f e r   i nf or m a t i on   w i r e l e s s l y   o w i r e l e s s l y   t hr oug s e v e ra l   s t a g e s   un t i l   t h e   da t a   i n for m a t i on   r e a c h e s   t h e   c o nt ro l   c e n t e or   b a s e   s t a t i on .   T h i s   s ys t e m   i s   op e r a t e d   w i t ho ut   phys i c a l   c a bl e s ,   w h e r e   t h e s e   s e ns ors   a re   a b l e   t o   re c e i ve   da t a   i nf or m a t i o n,   un i t e ,   a nd   c o m m u ni c a t e   be t w e e n   de vi c e s   d i r e c t l y   or   t hro ugh   i nt e r m e d i a ry   no de s ,   on e   of   w hi c h   i s   by   us i ng   a   m od ul e   a s   a   d a t a   c o m m un i c a t i on   m e d i u m   b e t w e e n   no d e s .   T h e   s e ns o nod e   w i l l   b e   a c t i ve   by   s upp l y i n a   b a t t e r a s   a   re c e i ve a n t r a ns m i t t e un t i l   t h e   i nfor m a t i on  i s   di s t r i b ut e d ,   bu t   t h e   l i m i t a t i ons   o c ov e ra ge   a n e n e r gy   c on t a i ne i n   t h e   s e ns or   n od e   a re   a   c ha l l e ng e   [ 4] .   T hi s   c on di t i on   c a n   b e   c a us e d   b s e ve ra l   fa c t ors ,   i n c l ud i n g   t he   di s t a n c e   b e t w e e n   no de   po i n t s   t h a t   a re   f a r   a p a r t ,   c ons um p t i on   a t   t h e   s e ns or   nod e .   F a c t o rs   t h a t   a r e   n ot   i m m e d i a t e l a d dr e s s e d   w i l l   r e s u l t   i d e c r e a s e da t a   t r a ns m i s s i o pe rfo rm a nc e   a n hi gh  e n e rgy   c ons u m p t i on   [ 5] .   T hi s   c o nd i t i o ha s   t h e   p ot e n t i a l   t s ho rt e n   t he   l i f e   o f   t he   W S N   n e t w or k   [6 ] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Com pu t   S c i   Inf   T e c h nol     IS S N :   2722 - 3221       O pt i m i z i ng  e n e r gy   di s t r i but i on   e f f i c i e n c y   i n   w i r e l e s s   s e ns or     (Muham m a A by an  Ni z ar   Munt as hi r )   263   T ove r c o m e   e n e rgy   a nd   ne t w ork   pe r form a n c e   prob l e m s ,   t he   d e v e l op m e nt   s t r a t e gy   a pp l i e d   i s   a n   e ne rg y - e f fi c i e nt   rou t i ng   p r ot o c ol   [7 ],   [8] .   T he   i m pl e m e n t a t i on  of   t h e   rout i ng   pro t oc ol   by   s e l e c t i ng   t h e   a ppropr i a t e   pa t for   s e nd i ng  da t a   fr om   t h e   ne t w ork  s ys t e m   by  de t e r m i ni ng   c e rt a i c ri t e ri a   on  t he   w a from   t he   s o urc e   of   de l i v e ry  t t he   de s t i n a t i on .   T hi s   pr oc e s s   a i m s   t m a i nt a i t h e   s t a bi l i t of   e n e rgy   c o ns u m p t i on   a nd   da t a   c o m m un i c a t i on   d e l i ve ry   s o   t ha t   i t   r e a c h e s   i t s   d e s t i na t i on,   s o   t ha t   t h e   ne t w ork   us a ge   p e ri o c a n   be   m ore   opt i m a l   [9] .   In  t h e   i m pl e m e n t a t i on   of  t he   rout i ng  prot o c ol ,   It s   e ff e c t i v e n e s s   ha s   b e e n   de m ons t ra t e t h a t   s e ns or  n od e s   c a n   be   gr oupe i nt d i ff e re n t   a r e a s ,   e a c h   ov e rs e e n   by   a   s p e c i fi c   l e a de n ode   r e fe r re d   t a s   a   c l us t e r   he a d   (CH ) .   E v e ry   CH   ga t he rs   i n for m a t i on   fro m   i t s   a s s oc i a t e d   no de s ,   a na l yz e s   t h e   d a t a ,   a nd   t r a ns m i t s   i t   t t he   pri m a r ba s e   s t a t i on   [ 10] .   S i m i l a r   r e s e a rc re l a t e d   t t he   de v e l o pm e nt   of  a e ne r gy - e ffi c i e nt   l ow   e ne rg y   a d a pt i ve   c l us t e r   h i e r a rc hy   (L E A CH )   ro u t i n t ha t   c a e xt e nd   n e t w ork   l i f e   by   us i ng   a n   a d a p t i v e   CH   s e l e c t i on  m e c h a ni s m   s how s   t h a t   ba t t e ry  l i f e   us a ge   h a s   i nc r e a s e d ,   a nd  t he   s ys t e m   c a be   m or e     opt i m a l   [11 ],   [ 12] .   T h e   d e ve l op m e n t   of   t h e   L E A CH   ro ut i ng   prot o c ol   by  c om bi n i ng  bo t a l go ri t hm s ,   s how s   t ha t   t he   h ybri d   s c he m e   c a n   r e duc e   a v e r a ge   e ne r gy  c ons um pt i on   c om p a r e d   t o   us i n t h e   L E A CH   c onfi gura t i o n,   not   onl s t a bi l i z i ng   pa c k e t   de l i v e ry ,   bu t   a l s i m prov i ng  ove r a l l   n e t w or p e rfor m a n c e   [13] .   T h e   hybri d   s c he m e s   a re   a bl e   t o   e nha nc e   e ff e c t i v e n e s s   of   e ne rg by   r e du c i n g   t r a ns m i s s i on   fr e que nc y   i ns i d e   t h e   ne t w ork   a nd   s t re a m l i n i ng   t h e   m e s s a ge   d e l i ve ry   pr oc e s s   [14] .   In  a dd i t i on,   t he   a pp l i c a t i on   o a l gori t h m s   t o   ov e rc o m e   t he   pr obl e m   of   e n e rgy   c ons um pt i on  e ffe c t i ve n e s s   i n   de l i v e ry ,   r e qui r e s   t he   a pp l i c a t i on  of  rou t i n prot o c o l   op t i m i z a t i on  w i t h   gri d - s ha p e c l us t e r   groupi n on   e a c h   s e ns or   nod e   [15] .   In   t h i s   c a s e ,   t he   gr oup i ng   c a n   be   s t ruc t ure d   ba s e d   on   a   pr e d e t e rm i ne di s t a n c e   r a di us   [1 6] .   T he   i m p l e m e nt a t i o w a s   t e s t e d   us i n p a ra m e t e rs   b a s e d   on   a ve r a ge   e ne r gy   c ons u m p t i on ,   t hrough put ,   a n de l i v e ry   r a t i s o   t ha t   pe rfor m a n c e   a nd   e ne r gy  us a ge   a re   m or e   opt i m a l   s o   t ha t   i t   c a n   i n c re a s e   ne t w ork   us a bi l i t y .   T h i s   re s e a r c foc us e s   on   t h e   e xe c ut i on   of  rout i n pr ot o c ol s   a   c o m bi n e a ppr oa c h,   t h rough   t he   s e l e c t i on   of   c l us t e r   he a ds   c o m b i ne s   w i t h   L E A CH   m e t hod   w i t h   a d a p t i v e   ra nd om i z a t i on   a n t h e   di s t ri but e d,   e n e rgy   a nd  c ov e ra g e - a w a r e   rou t i n (D E CA R)   t e c hni q ue   ba s e on   r e s i du a l   e n e rgy  a nd   c o ve r a ge .   A e v e node   d i s t ri b ut i on  us i ng   a   gri d   p a t t e rn   c a s e rv e   a s   a e ff e c t i v e   s t ra t e g fo org a n i z i ng  c l us t e rs   w i t hi n   w i re l e s s   s e ns or   ne t w ork   s ys t e m s .   T h e   pr ot o c ol   i m pl e m e nt a t i on  us e s   t hr e e   rout i ng  m e t ri c s   i nc l udi ng  d i s t a nc e   be t w e e poi n t s ,   c ov e ra g e   r a di us ,   a nd  e ne r gy.   T h e re f ore ,   t h e   fi n di ngs   o t h i s   s t udy   ha v e   a   c o nt r i but i on  t provi d i ng   fe a s i b l e   s ol ut i ons   t o   t h e   i d e nt i fi e d   prob l e m s ,   ho w   m u c h   i nfl u e nc e   t h e   hybr i d   s c h e m e   ha s   on   t he   e ne rg y   a n d   pe r form a n c e   o f   t h e   s i ng l e - hop   w i r e l e s s   s e ns or   ne t w ork   s o   t h a t   t he   hybri d   t e c hn i qu e   i s   a bl e   t o   e nha nc e   e ne r gy  e ff i c i e n c a nd   p e rfor m a n c e   ob t a i ne d.       2.   M ET H O D   In   t h i s   s t u dy ,   w e   d e v e l op   a   r o u t i n g   pr ot o c ol   u s i n g   a   h yb ri d   a l g o ri t h m   i n   W S N s .   A   hy br i d   s t r a t e g y   i s   a c h i e v e d   b y   m e rg i ng   t h e   L E A CH   p ro t o c o l   a l on g   w i t h   D E CA R .   T h i s   i n t e gr a t i o n   fo c us e s   o n   s e l e c t i n g   n o d e s   a s   e f f i c i e n t   CH   i n   e a c h   ro u nd .   T h e   pr o c e s s   i n c l ud e s   p a r a m e t e r   s e t t i n g ,   a r e a   c a l c ul a t i on ,   no d e   c ov e r a g e   a s s e s s m e n t ,   CH   s e l e c t i on ,   a n d   d a t a   a n a l ys i s ,   a s   v i s ua l l r e p r e s e nt e d   i n   F i gu r e   1 .   T h e   CH   s e l e c t i o n   c y c l e   t a k e s   i n t a c c ou n t   t h e   l e f t o v e r   e n e r gy   l e v e l s   a n d   t h e   d i s t a n c e   o f   t h e   no d e s .   E v e r y   n od e   c a l c ul a t e s   i t s   c o ve r a ge   b a s e d   o n   i t s   e n e r gy   l e v e l s   a nd   d i s t a n c e   i   t o   b a s e   s t a t i on   ( BS ) ,   s ubs e q ue n t l y   fo rw a r di n i nf or m a t i on   fr o m   t h e   c l us t e r   no d e s   t o   t h e   BS .   T hi s   m e t h od o l o gy   e ns ur e s   a n   e f f i c i e n t   c l a s s i f i c a t i o n   s ys t e m   r e g a r di n g   e n e rg y   d i s t r i b u t i o n   i n   W S N s .           F i gure   1 .   R e s e a rc h   f r a m e w ork   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2722 - 3221   Com pu t   S c i   Inf   T e c h nol ,   V o l .   6 ,   N o .   3 N ov e m be r   20 25 262 - 273   264   2. 1 .     S ys te m   c l as s i f i c at i on   In  t h e   for m a t i on   of  t he   s ys t e m ,   t h e   c l a s s i f i c a t i on  of   re s e a rc pa ra m e t e rs   w a s   e s t a bl i s he d   t o   de t e rm i ne   t he   p e rfor m a nc e   of  t h e   L E A CH - D E CA R   h ybri rou t i n prot o c o l .   P a r a m e t e r   i n i t i a l i z a t i on   w a s   us e a s   a e s t i m a t e   for   t e s t i ng   i t he   w i r e l e s s   s e ns or   ne t w ork  s ys t e m ,   a s   s how n   i n   T a bl e   1.   In  t hi s   s t udy ,   va ri o us   e xp e r i m e nt s   w e re   c on duc t e d   t t e s t   di ffe r e nt   nu m be rs   of  nod e s   di s t ri bu t e i n   t h e   n e t w ork   a r e a ,   w i t h   fi ve   t e s t s   i nv ol v i ng  1 00,   150 ,   200 ,   2 50,   a n 300   nod e s   [ 17] .   T h e   nod e s   w e r e   d i s t r i but e r a ndo m l a nd  provi d e w i t h   e qua l   e n e rgy   for   c l a s s i f i c a t i on  purpos e s .       T a b l e   1 .   R e s e a rc h   p a ra m e t e rs   P a ra m e t e r   N i l a i   S i z e   a re a   1 0 0 × 1 0 0   m   BS   l o c a t i o n   5 0 × 5 0   In i t i a l   e n e rg y   0 . 5      (T ra n s m i s s i o n   e n e rg y )   1 . 5 9   μ J / b i t      (Re c e i v e e n e rg y )   0 . 4 1   μ J / b i t   ϵ fs   1 . 5 × 10 3   p J / b i t   ϵ f m p   2 . 5 × 10 6   p J / b i t   P a c k e t   s i z e   250   e   0 . 8   S e n s o ra d i u s   2 0 . 0       2. 2 .     N e tw o r k   mod e l   T he   f orm a t i on  of   t h i s   w i re l e s s   s e ns o ne t w ork  s ys t e m   w a s   c ondu c t e i a a r e a   m e a s ur i ng    100× 10 m ,   w i t t he   ba s e   s t a t i on   c e nt e poi n t   p os i t i on e a t   c oord i na t e s   (50 ,   50 ).   T h e   ne t w ork  w a s   or ga n i z e ba s e d   on   a   ne t w ork   m ode l   b a ppl yi ng   t he   gri d - ba s e t e c hn i que ,   a s   i l l us t ra t e d   i n   F i g ure   2 .           F i gure   2 .   W i r e l e s s   s e ns o n e t w or s c he m e       T he   c on c e pt   o d e c e nt r a l i z e gr i d - b a s e d   ne t w orki ng  i nvol v e org a n i z i ng  r e s ourc e s   i a   gri for m a t ,   w hi c w a s   s t ruc t ure d   a s   s m a l l   box e s   o r   ne s t e d   l oops   by   r a ndo m l y   a nd   e v e n l y   a l l o c a t i ng   node s   t hroug hout   t he   a r e a   [18] .   T hi s   a ppro a c h   fa c i l i t a t e d   e ffi c i e nt   d i s t r i but i on   a nd   a c c e s s   pro c e s s e s .   T h e   c o ordi na t e s   (x ,   y)   of   e a c h   box   w e re   r e pr e s e nt e d   a s   c e l l s ,   a nd   e a c h   nod e   ha d   a   f i x e d   c e l l   l o c a t i on   (x ,   y )   w i t h i n   t he   b ox.   T h e   i n i t i a l i z a t i on   o t he   c o ordi n a t e   c e l l   l oc a t i on  x   w a s   a c c om pl i s h e d   by ,       = ( ×  _ )    .   ( 0 ,  _ )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Com pu t   S c i   Inf   T e c h nol     IS S N :   2722 - 3221       O pt i m i z i ng  e n e r gy   di s t r i but i on   e f f i c i e n c y   i n   w i r e l e s s   s e ns or     (Muham m a A by an  Ni z ar   Munt as hi r )   265   A nd   a t   t he   y   c oord i na t e   w i t h,     = ( ×  _ ) +  .   ( 0 ,  _ )   (1)     W he r e   g(x,   y)   i s   t he   gr i i nde for   t he   (x,   y) c oord i na t e s ;   gr i d_s i z e   i nd i c a t e s   t h e   s i z e   of   e a c h   gr i c e l l   i n   i t s   i ni t i a l   ve r t i c a l   or   hor i z o nt a l   pos i t i on ;   a n np. r a nd om   r e pre s e nt s   t h e   ra nd om   of fs e t   t o   a d j us t   t h e   gr i d   c e l l ,   c re a t i ng  va r i a t i on   w i t hi n   t he   c e l l .   In  ra n dom   de p l oy m e nt ,   e a c nod e   i t he   gri d   w i l l   h a ve   x,   y   c oord i n a t e s .   T he s e   c oor d i na t e s   e ns ur e   t ha t   e a c h   a r e a   i s   r e a c ha bl e ,   t he re by   m i ni m i z i n d e a z on e s .   T he   d i s t a nc e   m e a s ure m e nt   m od e l   b e t w e e t h e   CH   a n t he   b a s e   s t a t i on   c a n   be   r e pre s e nt e d   by ,       = 2          = 0 . 765 2   (2)     W he r e       r e pre s e nt s   t he   d i s t a nc e   a m ong   f e l l ow   nod e   a nd   t h e   c l us t e r   h e a d ;       i nd i c a t e s   t h e   di s t a n c e   be t w e e n   t h e   CH   a nd   t h e   b a s e   s t a t i on;   a n   i s   t h e   n um b e r   of   c l us t e rs .     2. 3 .     En e r gy   c on s u mp ti on   m od e l   A l l   s e ns or   n ode s   a re   c ons i de r e d   t o   s t a r t   w i t h   e qu a l   i n i t i a l   e n e rgy .   T h e   a m oun t   of   e ne r gy   e a c h   nod e   c ons um e s   i s   de t e r m i ne d   by  a   ra d i e ne rgy  m od e l ,   w h i c h   t a ke s   i nt o   a c c o unt   t h e   t ra ns m i s s i o d i s t a n c e   b e t w e e n   t ra ns m i t t e a nd  r e c e i v e r .   B a s e d   on  t hi s   di s t a nc e ,   e i t he r   a   fre e   s pa c e   prop a g a t i on  m od e l   or  a   m ul t i p a t h   f a di ng   m ode l   i s   a pp l i e d.   Cons e que n t l y ,   t he   t ra ns m i s s i on  e ne rg  ( , )   c ons um e w he n   t r a ns m i t t i ng  a   m e s s a g e   (i b i t s )   ov e a   di s t a nc e   ( w i l l   d e c re a s e   [17 ] [ 1 8] ,      ( , ) =   + 2   (3)       +  2                   < 0       + 4               0   (4)     W he re       i ndi c a t e s   t he   a m ount   of  e ne rgy  c on s um e s ys t e m ,   i nc l udi ng  bot t he   s e n de a nd  re c e i ve r,   m e a s ure i bi t s ;      [J / bi t / m ² a nd    [J / bi t / m t he re s pe c t i ve l re pre s e nt   t he   e ne rgy  c on s um pt i o n   unde f re e   s pa c e   a nd  m ul t i pa t h   m ode l s .   P a ra m e t e of    0   i ndi c a t e s   t he   di s t a nc e   l i m i t   w he re   t he   e ne rg y   m ode l   t ra ns i t i ons   from   o pe s pa c e   t m ul t i pl e   pa t t ra ns m i s s i o n,   i ndi c a t i ng  a   c ha nge   i e ne r gy   c ons um pt i on  c ha ra c t e ri s t i c s .     0 =      (5)     W he a   n ode   r e c e i v e s   a   m e s s a g e   (i n   b i t s ),   t he   e n e rgy   c on s um pt i on   i s   r e pr e s e n t e d   a s    ,   w h i c h   i ndi c a t e s   t he   e n e rgy   di s s i p a t i on  pe r   uni t   t i m e .   T he   pro c e s s   o re c e i vi ng   a   m e s s a g e   c a be   de s c ri b e us i ng  t he   fol l ow i ng   [19] ,   [ 20] ,      ( ) =     (6)     T he   n e t w ork   w i l l   c ons e rve   e ne rg duri n t h e   r ot a t i on   proc e s s .   W i t e a c h   ro t a t i on ,   t h e   ne t w ork   upd a t e s   t he   c ove r a g e   r a di us   t e ns ure   t ha t   t he   e nt i re   obs e r ve d   a r e a   r e m a i ns   c ov e r e d.       = ( 1   . ) .   (7)     H e r e ,     r e pr e s e n t s   t he   i n i t i a l   r e f e r e n c e   ra di us   us e d   a s   a   be n c h m a rk   for   c a l c u l a t i n g   t he   e f fi c i e n c c ons t a n t   f a c t o r,   de no t e d   by   t h e   s y m bo l   ;   T h e   v a r i a b l e s    ,   a nd     de s c r i b e   t h e   m a x i m u m   a nd   m i ni m um   d i s t a n c e s   w i t hi n   t h e   n e t w or k ,   a l o ng   w i t h   t h e   di s t a n c e   fr om   a   p a r t i c u l a r   nod e   t o   t h e   c e n t r a l   s t a t i on .   I a   ba l a n c e ra di c o m m un i c a t i o l i nk ,   a n   e qu a l   q ua nt i t y   of  e n e r gy  i s   n e c e s s a ry   t t r a ns m i t   a nd   r e c e i v e   i nf or m a t i o (i bi t s )   a m on di ff e r e n t   no de s .   I t h e   L E A CH   pr ot o c o l ,   i d e a l   d a t a   a gg re g a t i o i s   a c h i e v e d   b c o l l e c t i n pa c ke t s   fr om   v a r i o us   c l us t e m e m b e rs ,   w h i c a r e   t he n   i n t e gr a t e by  t he   CH   a nd   t r a ns m i t t e a s   on e   c o m p l e t e   b und l e   t o   t h e   b a s e   s t a t i o n   (BS ).   In   a dd i t i on ,   t h e   o ve r a l l   e n e rg us e d   i n   e ve ry   c y c l e   i s   di c t a t e d   b [2 1] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2722 - 3221   Com pu t   S c i   Inf   T e c h nol ,   V o l .   6 ,   N o .   3 N ov e m be r   20 25 262 - 273   266    = ( 2  +   +  4  +   2  )   (8)     T he n ,   i n   t h e   n e xt   r ound ,   t h e   e ne rg y   c o ns um p t i on   rot a t i on   m ode l   i s   re p e a t e d   for   e a c h   nod e   un t i l   t h e   e ne rg r e a c h e s   t he   s pe c i f i e d   l i m i t .     2. 4 .     H yb r i d   LEA C H - D EC A R   r ou ti n g   p r ot oc o l   T h e   c om bi n a t i o of   L E A CH   a n D E CA R   r ou t i ng   pr ot o c o l   pr i n c i pl e s   i s   t h e   t o pi c   of   t h i s   re s e a r c h .   T h e   s e l e c t i o n   o f   CH   r e s p ons i b i l i t i e s   w i l l   be   c a rr i e d   o ut   by   i m p l e m e n t i ng   L E A CH ,   w h i c h   s e l e c t s   r a nd o m l y   w h i l e   D E CA R   w i l l   d e t e rm i n e   ba s e d   on   r e s i d ua l   e n e rg y   [ 16 ] [ 22] .   H ybr i d   L E A CH - D E CA R   e m pl oys   a   d i s t i n c t   CH   s e l e c t i o n   m e c h a n i s m ,   c o m bi ni ng   e l e m e nt s   fro m   b ot t h e   L E A CH   a n d   D E CA R   pro t o c o l s .   It   b e gi ns   w i t h   t h e   i n i t i a l i z a t i o n   of   e a c h   n od e ,   t a k i ng   i nt o   a c c ou nt   i t s   a v a i l a b l e   e n e rgy   a n ge o gr a p hi c a l   p os i t i on .   D ur i n t h e   f i rs t   r oun d ,   e a c nod e   m a k e s   a   r a nd o m   c h oi c e   a b ou t   w he t h e r   o no t   t o   t r a ns f or m   i n t o   a   CH ,   us i ng   a   l i ke l i ho od   s e t   by  a   r a nd o m   f i g ur e   be t w e e a nd   1 .   T he   i ni t i a l   ro und   i s   go v e rn e d   by  t i m e   d i v i s i on   m u l t i p l e   a c c e s s   ( T D M A ),   w h i c h   i n c l ud e s   a   s e t up   ph a s e   fo de t e r m i ni ng   t h e   CH   a n a   s t e a d y - s t a t e   p ha s e   f or   t h e   m e s s a g e   t r a ns m i s s i on   pro c e s s   (s e n di ng   a n re c e i v i ng )   [2 3] .   A n   i l l us t r a t i o n   of   t h e   L E A CH   pha s e   i s   s how i n   F i g ur e   3 .           F i gure   3 .   I l l us t ra t i on   of   L E A CH   pha s e       T he   CH   s e l e c t i on   p ha s e   t a k e s   pl a c e   w i t hi n   t he   proc e s s   of   f orm i n g   c l us t e rs ,   w h e re   a n   e va l ua t i on   i s   c ondu c t e d   t o   de t e rm i ne   i n ode - i ' s   c o unt   f a l l s   b e l ow   a   c e r t a i n   l i m i t .   If  t ha t   i s   t h e   c a s e ,   nod e - i   s a t i s f i e s   t h e   re qui re m e n t s   t o   a s s u m e   t he   rol e   of   a   CH   [24 ] .   O t he no de s   w i l l   j oi n   t h e   n e a r e s t   c l us t e r   ba s e on   t h e i r   ge ogr a phi c a l   pos i t i ons ,   a s   d e s c r i be d   i (2 ).   E a c m e m be t h a t   j o i ns   w i l l   s e nd  a   m e s s a g e   t t he   CH   a c c ord i ng   t t h e   pr e de t e r m i ne d   de l i v e ry   s c he du l e .   T he   pr oc e s s   fo r   s e l e c t i ng   CH   i s   c a rr i e d   o ut   by   a s s e s s i ng   t h e   r e m a i n i ng   e ne r gy,   m a ki ng   c e r t a i n   i t   i s   a bov e   t he   e s t a b l i s h e l i m i t .   T h e   e n e rgy   e v a l ua t i on   a t   e a c h   no de   c a n   b e   d e t e r m i n e us i ng   t h e   e qu a t i on ,       = +     (9)     T he   l e ft ov e e n e rgy   c a pa c i t of   e ve ry   nod e   i s   de not e a s   ;   w he re     s i gni f i e s   t he   e n e rgy   s t i l l   a v a i l a b l e   a t   e a c n ode   a nd    i n di c a t e s   t he   d i s t a n c e   for   c om m un i c a t i on  from   nod e   .   T h e   c om m un i c a t i on   di s t a n c e   i s   c a l c u l a t e d   us i ng   t he   fol l ow i ng  e qu a t i on  [25] ,       =   ( ) 2 ( ) 2   (10)     w he re   (   ,   re pr e s e n t   t he   pos i t i on  of  t he   i   nod e ,   w h i l e   (   ,   de n ot e   t h e   l oc a t i on   of   t h e   s i nk.   ϵ   =   di s t a n c e   s t a bi l i t v a l ue   (a v oi ds   di v i s i on   by   z e ro) .   N ode s   w i t h   h i gh e r   e n e rgy   l e v e l s   e xhi b i t   gr e a t e r   p ol a ri t y   i t he   rou t i ng   pro c e s s ,   i nc r e a s i ng   t h e i r   c ha n c e s   of  b e c om i ng  CH .   T h i s   c r i t e ri on  h e l ps   pre ve n t   t he   o ve rl o a d i ng  o l ow - e n e rgy   nod e s   a nd  a l l ow s   CH s   t r e m a i a c t i v e   l ong e r   c o m p a re d   t r a ndo m   s e l e c t i o n.   T h e   H yb ri d   L E A CH - D E CA prot oc o l   i m p l e m e nt s   CH   ro t a t i on   a nd   r a di us   c ove ra g e .   A f t e r   s e ve r a l   rou nds ,   t he   n ode   de s i gna t e a s   CH   w i l l   be   r e pl a c e d   b a s e d   on   t he   s a m e   c r i t e ri a ,   w i t upd a t e s   t o   t he   c o ve r a ge   r a di us   a s   de s c r i be d   i ( 7 ) ,   op t i m i z i ng   e ne rg us a ge   a nd  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Com pu t   S c i   Inf   T e c h nol     IS S N :   2722 - 3221       O pt i m i z i ng  e n e r gy   di s t r i but i on   e f f i c i e n c y   i n   w i r e l e s s   s e ns or     (Muham m a A by an  Ni z ar   Munt as hi r )   267   e xt e ndi ng  n e t w o rk  l i f e t i m e .   T h us ,   t h e   H yb ri d   L E A CH - D E CA m e c ha n i s m   c a a c hi e ve   m o re   e ff i c i e n t   a nd   s us t a i n a bl e   CH   s e l e c t i on .     2. 5 .     S ys te m   m e as u r e me n t   p ar ame te r   M e a s ure m e nt   o t he   pe rfo rm a nc e   a nd  e ne rgy  l e ve l s   of   a   ne t w ork  c a be   c l a s s i fi e u s i n g   pa ra m e t e rs   i n   de t e rm i ni n t he   l e ve l   of   s uc c e s s   i s e ndi ng   da t a ,   di s pl a yi ng   c on s i s t e nc y,   a nd  ot he r s .   T he   s t udy  of  s i m ul a t e s y s t e m   t e s t i ng  s c e na ri o s   i nc o rpora t e s   a   va ri e t of  fa c t o r s   for  a s s e s s i ng  ne t w or k   pe rform a nc e .   T he s e   fa c t ors   i nc l ude   t he   pa c ke t s   de l i ve ry   ra t i o,   ove ra l l   t hroughput ,   a nd  e va l ua t i ons   o f   a ve ra ge   e ne rgy  c on s um pt i on.     2. 5 . 1.   P ac k e d e l i v e r r ati o   T hi s   e v a l u a t i on  of   p a ra m e t e rs   i s   c ondu c t e b d e t e rm i ni ng  t he   pr oport i o n   of  d a t a   p a c ke t s   t h a t   ha v e   re a c he t h e   i nt e nde d e s t i n a t i on  i r e l a t i on  t t he   ove r a l l   d a t a   pr oduc e by  t he   node .   T he   ra t i o   c a c ons i d e t he   pe r for m a n c e   of   re l i a bi l i t i da t a   de l i v e ry .   T h e   p a ra m e t e r   c a l c ul a t i on  us e s   t he   fo l l ow i ng   e qu a t i on   [26]             =            100%   (11)     2. 5 . 2.   Th r ou gh p u t   T he   p a ra m e t e s h ow s   t he   r e s ul t   of   t h e   a v e ra ge   vo l u m e   of   d a t a   t ha t   c r os s e s   t he   n e t w o rk   i n   a   c e rt a i n   pe ri o of   t i m e .   In   t he   pro c e s s   of   d a t a   t ra ns m i s s i on,   t he r e   e xi s t s   bot h   t he   c oun t   of  da t a   p a c k e t s   s uc c e s s fu l l y   di s pa t c h e t t h e   e ndpo i nt   a n t hos e   da t a s   t h a t   fa i l   t o   a rri ve   (l os t ) .   T he   c a l c ul a t i on   of  t he   t hrough put   pa ra m e t e r   us e s   t he   fol l ow i n [2 7],          =         ( )              (12)     2. 5 . 3.   A ve r ag e   c on s u mp ti on   e n e r gy   T he   p a r a m e t e r   s how s   t h e   re s u l t s   of   t he   a v e ra g e   vo l um e   of   o ve ra l l   e ne r gy   us a g e   us e d   by   t he   s ys t e m .   T he   m e a s ur e m e nt   i s   obt a i n e d   a c c ord i ng   t o   t h e   s um   of   e a c h   nod e ' s   c ons u m pt i on   p e r   rou nd   t o   obt a i n   t he   ove ra l l   r e s ul t s   of   e n e rgy   us a g e   i n   t h e   s ys t e m .     = [   ] = 1 100%   (13)       3.   R ES U LTS   A N D   D I S C U S S I O N   A ft e r   t h e   s o ft w a re   c o nfi gu ra t i on   on   t h e   w i r e l e s s   s e ns or   n e t w ork  s ys t e m   i s   c om p l e t e .   T h e   n e x t   s t a g e   t v a l i da t e   t h e   p e rfor m a nc e   a nd  e ne rgy  e ffi c i e n c of   hyb ri d   L E A CH - D E CA rout i ng   a n a l ys i s   i s   c a rri e ou t   on  t h e   L E A CH   rou t i ng  pr ot o c ol .   A n a l ys i s   t e s t i ng  i s   b a s e d   o t e s t   p a ra m e t e rs ,   w h e re   nod e s   a re   ra ndo m l y   di s t ri but e a nd   ov e t i m e   t he r e   i s   a   r e du c t i on  i n   re s i dua l   e ne r gy  i t he   l e ve l   of  e ne rgy   c ons u m p t i on   p e n ode .   T hi s   s t ud y   prov i de s   a   di s c us s i on   a nd   c o m p a ra t i v e   a n a l ys i s   of  t w o   rou t i ng   prot o c o l s   u nde r   i de nt i c a l   sc e na ri os ,   fo c us i n o s ys t e m   p e rfor m a n c e   i ndi c a t ors ,   i nc l ud i ng   pa c k e t   de l i v e ry   ra t i o ,   da t a   fl ow   ra t e   t hrough put ,   a nd   a l s a ve r a g e   e ne rgy  c ons u m pt i on .   V a ri o us   t e s t s   of   t he   num be r   of   nod e s   10 0,   150 ,   200,   250 ,   300.   Ba s e d   on   t h e   c a l c u l a t i on   e qua t i o f or  t he   t e s t   p a ra m e t e rs   a bov e ,   w e   c a n   c r e a t e   a   n e t w ork   m od e l   ba s e on  t he   p a r a m e t e rs   i n   T a b l e   1 .   T h e   s ys t e m   d e s i gn   i s   t e s t e d   a s   a   c l a s s i fi c a t i on   of   pe rfor m a n c e   a nd   e ne rg e ffi c i e nc y   on   t he   ne t w ork .     3. 1 .     N e tw o r k   p e r fo r man c e   N e t w ork   pe rf orm a n c e   t e s t i ng   i s   c a rr i e d   out   a s   a   m e a s ure   of   s ys t e m   p e rfor m a n c e   i n   t h e   pro c e s s   o s e ndi ng   p a c ke t s   t t h e   d e s t i na t i on   p oi n t .   T he   t e s t   w a s   c a rr i e out   for   3 00  rounds   w i t h   a n   i ni t i a l   e n e rgy   p e node   o 0 . j oul e s   a n a   da t a   pa c ke t   s e nt   w i t a   s i z e   of  2 50  bi t s .   D uri n t h e   t e s t ,   t he   nu m be r   of  p a c ke t s   fro m   e a c ro und  w a s   a na l yz e t m e a s ure   t h e   p e rfo rm a nc e   of   s e ndi n a nd  r e c e i v i ng   da t a   i n   uni t s   of   t i m e .   T h e   out c o m e s   of   t h e   t hro ugh   put   e xa m i n a t i on   a r e   i l l us t r a t e d   i F i gure   4.   D a t a   de l i v e ry  r a t e   of  t h e   L E A CH   rou t i n pro t oc ol   i s   fa s u p e ri or   t us i ng  a   hybr i r out i ng  pr ot o c ol .   F i gure   4   s h ow s   t ha t   t e s t i ng   a   hybri d   rou t i ng   prot o c o l   w i t h   1 00  node s   o nl y   g e t s   12 . 5 %,   1 50   nod e s   ge t   17 . 5% ,   200  node s   g e t   22 . 4% ,   250   n ode s   g e t   26 . 9% ,   a n d   300   nod e s   ge t   31 . 6%   o t h e   L E A CH   rout i ng   pro t o c ol .   T h e   da t a   t h a t   i s   d i s t r i but e d   w i l l   e xp e ri e nc e   a   s i gni f i c a nt   i n c re a s e   a t   t he   b e g i nni n g   of   t he   d e l i ve r y,   bu t   t h e r e   i s   s om e   da t a   t h a t   i s   no t   s e nt   w he n   t h e   s ys t e m   e ne r gy  i s   i ns u ff i c i e nt ,   re s u l t i ng  i d a t a   l os s   a n d a t a   no t   be i ng  re c e i v e d   by  t h e   b a s e   s t a t i o n.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2722 - 3221   Com pu t   S c i   Inf   T e c h nol ,   V o l .   6 ,   N o .   3 N ov e m be r   20 25 262 - 273   268       F i gure   4 .   T hrou g hput   r e s ul t s       P a c k e t   de l i v e ry   ra t i o   fro m   t h e   t e s t   r e s ul t s   i s   s how i n   F i gure   5 ,   fr om   s e v e ra l   node   v a ri a t i on  e xpe r i m e n t s ,   t he   hy bri d   r out i ng   pro t o c ol   d i d   no t   e x pe r i e n c e   a   de c re a s e   fr om   t e s t i ng   10 0   t o   3 00   nod e s ,   s o   t he   e nt i re   p a c ke t   s e nt   di d   n ot   e xpe ri e nc e   a n y   prob l e m s   w he n   t h e   pa c k e t   w e nt   t o   t he   b a s e   s t a t i on   ( a l l   pa c k e t s   w e r e   de l i ve r e t t he   m a i s t a t i on) .   N o ne t he l e s s ,   re s u l t   f rom   t h e   L E A CH   rout i ng  p rot o c ol   a s s e s s m e n t   r e ve a l e a   re duc t i on   i n   t he   p a c ke t   ra t i o   du ri ng   t he   100   nod e   e v a l ua t i on   by   0 . 21%   a nd   b 2. 2 7%   i n   t he   150   nod e   e va l ua t i on ,   t he   200   nod e   t e s t   o 3 . 53% ,   t he   250  t e s t   of  6 . 13 %,   a nd  t he   300  node   t e s t   of   7 . 82% ,   T hi s   s how s   t ha t   t he r e   a r e   s e ve r a l   pa c k e t s   t h a t   e xp e ri e n c e   prob l e m s   w h e n   s e ndi ng   t t he   b a s e   s t a t i on   (p a c k e t s   a r e   l os t ) .           F i gure   5 .   P a c k e t   de l i v e ry   ra t i o   r e s ul t       3. 2 .     N e tw o r k   e n e r gy   c on s u mp ti on   N e t w ork  e n e rgy  c ons u m pt i on  t e s t i ng  i s   c a rri e ou t   a s   a   m e a s ure   o how   m uc c o ns um p t i on   i s   on   s ys t e m   pe r for m a n c e .   In   e ne rg c ons um pt i on  t e s t i ng ,   t he   c o m pa r i s on  be t w e e t he   t o t a l   ov e ra l l   e n e rgy   c ons um pt i on   a nd   t h e   e n e rg y   c ons u m p t i on   pe r   n ode   from   s e v e ra l   t e s t   c l a s s i f i c a t i ons   for   e a c h   d i ffe re n t   nu m be of  n ode s   [28 ] .   T e s t i ng   i s   c a rr i e d   out   f or   300   rou nds   w i t h   a n   i ni t i a l   e ne rg pe r   n ode   of   0. 5 .   E ne rg c ons um pt i on  r e s ul t s   o bt a i n e a re   pr e s e n t e d   i F i gure   6 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Com pu t   S c i   Inf   T e c h nol     IS S N :   2722 - 3221       O pt i m i z i ng  e n e r gy   di s t r i but i on   e f f i c i e n c y   i n   w i r e l e s s   s e ns or     (Muham m a A by an  Ni z ar   Munt as hi r )   269   F urt he r m or e ,   f ro m   t h e   t e s t   r e s ul t s   us i ng   a   hybr i d   rou t i ng   p rot oc ol   w i t s e ve r a l   v a ri a t i ons   of  n ode   t e s t i ng,   t h e   r e s ul t i n e ne rg c ons um p t i o r e m a i ns   s t a b l e   u t ≥300  rounds   a nd   t h e re   i s   n s pi k e   a t   t h e   be gi n ni ng  of  t h e   t e s t ,   w hi l e   t h e   L E A CH   pro t oc ol   i ndi c a t e s   a i n c r e a s e   i d a t a   de l i ve ry  i t he   e a r l ro unds .   F i gure   6(a )   s how s   t h e   c om p a ri s on   of  e ne r gy  c ons um pt i on  w i t 1 00  nod e s ,   w he r e   t h e   h ybri d   rout i ng  prot oc o l   re m a i ns   s t a bl e   w h i l e   t h e   L E A CH   pro t oc o l   fl uc t ua t e s   s i g ni f i c a n t l y   b e for e   gr a du a l l y   de c re a s i ng .   F i g ure   6 (b)  s how s   t ha t   t h e   150   nod e s   L E A CH   rou t i n pro t oc ol   t e s t   ha s   s t a rt e t ru out   of  e ne r gy  b e for e   300  rounds .   T he n ,   F i gur e s   6(c a nd  6(d s how   t ha t   t he   L E A CH   rou t i n prot o c ol   i s   s l ow l r unni n ou t   of   e n e rgy   t e s t i ng   200  nod e s   a t   1 70   rounds   a nd   25 0   nod e s   a t   1 55   roun d s .   F i gu r e   6(e )   s h ow s   t ha t   t h e   L E A CH   rou t i n g   prot oc o l   i s   s t a rt i ng   t o   r un   out   o e n e rgy   < 150   roun ds .   T hi s   i nd i c a t e s   t h a t   a n   i n c re a s e d   d e l i v e ry   ra t e   c orr e l a t e s   w i t h   gre a t e r   e n e rgy  us e ,   i t he   s t a r t i n c o ndi t i on   ha s   a l r e a dy  s e e n   a   s urg e   i n   e n e rgy  us a g e ,   i t   m a y   l e a d   t t he   nod e   de pl e t i ng   i t s   e n e rgy   r e s e rv e s ,   re s u l t i ng   i n   s ubop t i m a l   p e rfor m a n c e   i n   t he   s ubs e q ue n t   ro unds   of  o pe r a t i on .           (a )     (b)         (c )     (d)       (c )     F i gure   6 .   E ne rgy  c ons u m pt i on   i n   a   ro und  (a )   100   nod e s ,   (b)   150  no de s ,   ( c 200   nod e s (d)  250   nod e s,     a nd  (e )   300   nod e s     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2722 - 3221   Com pu t   S c i   Inf   T e c h nol ,   V o l .   6 ,   N o .   3 N ov e m be r   20 25 262 - 273   270   T he   r e s u l t s   of   t h e   p a c k e t   d e l i v e ry   r a t i o   t e s t   s ho w   va r i a t i o ns   b e t w e e n   s o m e   d a t a   t h a t   i s   s e n t   a nd   n o t   s e n t   (u t t h e   B a s e   S t a t i o n) .   T a b l e   2   s ho w s   t h e   p e r c e n t a ge   r a t i o   o h yb r i d   p r ot o c ol   t e s t i n g   a t   10 0 - 30 0   n od e s ,   t h e   p a c k e t   d e l i v e r y   p e r f or m a n c e   i s   v e r y   go o d ,   w i t ho u t   a n y   p a c k e t   d e l i v e r y   r a t i o   ( P D R )   v a l u e   d e c r e a s i ng   u n t i l   t h e   30 0 - ro u nd   t e s t .   W i t h   t h e   gr ow t h   i n   t h e   t o t a l   o f   n e t w or k   n od e s ,   t h e   s p a n   l i e s   b e t w e e n   1 0 a nd   30 0   n o d e s ,   t h e   hy br i p ro t o c o l   c a n   s t i l l   s e n a l l   p a c k e t s   c o m p a r e t o   t h e   L E A CH   p ro t o c o l   w h i c h   e xp e ri e n c e s   a   g r a d u a l   d e c r e a s e .   T hi s   i s   b e c a u s e   t h e   nu m b e r   of   no d e s   i s   t oo   d e ns e ,   c a u s i n g   a   d e c r e a s e   i n   P D R   a nd   p a c k e t   l o s s ,   t h e   l a r g e r   t h e   n od e   i a   r a n g e ,   t h e   s l ow e t h e   d e l i v e r c o m m un i c a t i o n   w i l l   b e   [2 9] .   M o r e o v e r ,   p a c k e t   l o s s   m a y   o c c u i f   a   n o d e   d e p l e t e s   i t s   e ne r gy   d ur i ng   t h e   c o m m un i c a t i o n   pr o c e s s ,   r e s u l t i n g   i n   t h e   pa c k e t   f a i l i ng   t o   r e a c h   t he   b a s e   s t a t i o d i r e c t l y .   In   t h i s   c a s e ,   t h e   h yb ri d   L E A CH - D E C A R   p ro t oc o l   c o ns i d e rs   e n e r g m a n a g e m e n t   s t r a t e g i e s   m or e   i n   c o nt i nu o us   p a c k e t   d e l i v e ry ,   t h e r e by   r e du c i n g   t he   l os s   of   p a c k e t s   s e n t   d ur i ng   t h e   d e l i v e r y   p ro c e s s   [ 30 ] .       T a b l e   2 .   P e rfor m a n c e   of   t hr oughpu t   a nd   p a c k e t   de l i ve ry   r a t io   N o d e s   T h ro u g h p u t   (K b p s )   P a c k e t   d e l i v e ry   ra t i o   (% )   L E A CH   H Y BRID   L E A CH   H Y BRID   100   78 . 62   9 . 83   99 . 7 8 7 4   100   150   122 . 19   21 . 35   97 . 7 2 7 9 8   100   200   164 . 14   36 . 84   96 . 4 7 1 6 4   100   250   205 . 88   55 . 34   93 . 8 6 8 7 6   100   300   247 . 15   78 . 22   92 . 1 8 3 9 8   100       T a b l e   s how s   t h e   c om pa r i s on  of   e n e rgy  c ons u m pt i on  be t w e e L E A CH   a n hyb ri r out i ng   prot o c ol s   on   d i ff e re n t   nu m b e rs   of   nod e s   i n   o pe r a t i on   for   300   rounds .   F rom   t h e   da t a   o bt a i n e d,   i t   c a n   be   obs e rve t h a t   t he   L E A CH   rou t i ng   prot oc o l   e x hi b i t s   a i n c r e a s i n t r e nd  i e ne rg c ons u m p t i on  duri ng  e a c h   c yc l e   a s   t h e   qu a nt i t y   of   nod e s   i nc re a s e s ,   s t a r t i ng   from   0. 1579   j ou l e s   a t   1 00   nod e s   t o   0 . 49 64   j o ul e s   a t     300   nod e s .   In   c on t ra s t ,   t he   hybri d   rou t i ng   prot oc o l   a l s o   s h ow s   a n   i n c re a s i n g   t r e nd ,   but   w i t h   a   m uc h   l ow e va l u e ,   n a m e l y   fr o m   0. 0 194  j ou l e s   t o   0. 1527   j ou l e s .   T h e   a ve r a ge   e n e rgy   c ons um pt i on  f or  L E A CH   i s   a l s q ui t e   s i gni f i c a nt ,   w i t a   va l ue   re a c h i ng  99. 27%  a t   3 00  nod e s ,   i nd i c a t i ng  hi gh  e ffi c i e nc y   i e n e rgy  m a na g e m e nt .   O n   t he   ot h e h a nd ,   hy bri d   s how s   a   l ow e a ve r a g e   e ne rg c ons u m pt i on ,   n a m e l y   30 . 55%  a t   300   nod e s ,   i ndi c a t i ng  t ha t   t he   pro t oc ol   i s   m or e   e ne rgy   e ff i c i e n t ,   t h e   ove ra l l   pe rf orm a nc e   i s   s t i l l   i nfe r i or   t o   L E A CH   i n   t e rm s   of   e ffi c i e nc y .   T h i s   s ugg e s t s   t h a t   a l t ho ugh  hybr i i s   m ore   e ffi c i e nt   i e n e rgy   c ons u m p t i on .       T a b l e   3 .   N e t w ork   e ne rg c ons u m pt i on   N o d e s   E n e rg y   c o n s u m p t i o n   o ro u n d   (J o u l e )   E n e rg y   c o n s u m p t i o n   3 0 0   ro u n d s   (J o u l e )   A v e ra g e   c o n s u m p t i o n   e n e rg y   (% )   L E A CH   H Y BRID   L E A CH   H Y BRID   L E A CH   H Y BRID   100   0 . 1 5 7 8 9 8 5 2 8   0 . 0 1 9 3 9 5 4 0 4   47 . 3 6 9 5 6   5 . 8 1 8 6 2 1   94 . 74   11 . 64   150   0 . 2 4 5 3 7 7 6 3 4   0 . 0 4 1 8 5 8 9 7 9   73 . 6 1 3 2 9   12 . 5 5 7 6 9   98 . 15   16 . 74   200   0 . 3 2 9 6 6 8 9 3 6   0 . 0 7 2 2 0 3 2 2 5   98 . 9 0 6 8 1   21 . 6 6 0 9 7   98 . 91   21 . 66   250   0 . 4 1 3 5 0 1 4 9 1   0 . 1 0 8 4 2 1 6 1 4   124 . 0 5 0 4   32 . 5 2 6 4 8   99 . 24   26 . 02   300   0 . 4 9 6 3 7 9 1 6 1   0 . 1 5 2 7 4 8 3 8 7   148 . 9 1 3 7   45 . 8 2 4 5 2   99 . 27   30 . 55       T a bl e   provi de a   b ri e ove rvi e w   o t he   c om pa ra t i ve   r e s ul t s   of  t he   re vi e w   of  f our  a s pe c t s ,   de m ons t ra t i ng  t ha t   L E A CH   s a ve e ne rgy  c on s um pt i on  e f fi c i e nc by  re duc i ng  t he   num be of  m e s s a ge s   de l i ve re a t   one   t i m e ,   w hi c re s ul t e i a u ns t a bl e   pa c ke t   l os s   ra t i o.   I c o nt ra s t ,   hybri L E A C H - D E C A R   offe re a d va nt a ge s   i e ne rg m a na ge m e nt ,   w i t m e s s a ge s   de l i ve re a t   one   t i m e   be i ng  re l a t i ve l l ow ,   t he re by  e ns uri ng  t ha t   t he   s t a bi l i t o t he   pa c ke t   l os s   ra t i w a s   m i ni m a l   or  m ore   s t a bl e .   W he c om pa re t o   s i m i l a a dva nc e r ou t i ng  p rot oc ol s   t ha t   f oc us   o e ne rgy  e ffi c i e nc for  i ns t a nc e   t he   di re c t i ng  fo w e a k   e ne rgy  i u nre l i a bl e   ne t w ork s   ( RP L ),   hybri L E A C H - D E C A e x hi bi t e a dva nt a ge s   i e ne rg y   c ons um pt i on  m a na ge m e nt ,   a l t h ough   R P L   m a i nt a i ne a   b e t t e pa c ke t   de l i ve ry  ra t i o   s t a bi l i t i n   un s t a bl e   ne t w ork   c ondi t i on s   [7 ] .   T hu s ,   hy bri d   L E A CH - D E C A pr e s e nt e a n   a t t ra c t i ve   a l t e rna t i ve   i t he   s c ope   o f   e ffi c i e nt   e ne rgy  m a na ge m e nt .       T a b l e   4 .   Co m p a ri s on   of   L E A CH   vs   H yb ri d   L E A CH - D E CA R   A s p e c t   P ro t o c o l   r o u t i n g   L E A CH   H y b ri d   L E A CH - D E CA R   T h ro u g h p u t   s c a l a b i l i t y   H i g h   L o w   E n e rg y   e ffi c i e n c y   L o w   H i g h   S t a b i l i t y   o P D R   L e s s   s t a b l e   S t a b l e   Ba l a n c e   b e t w e e n   p e rfo rm a n c e   a n d   e n e rg y   S u b o p t i m a l   O p t i m a l   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Com pu t   S c i   Inf   T e c h nol     IS S N :   2722 - 3221       O pt i m i z i ng  e n e r gy   di s t r i but i on   e f f i c i e n c y   i n   w i r e l e s s   s e ns or     (Muham m a A by an  Ni z ar   Munt as hi r )   271   4.   C O N C LU S I O N   T hi s   s t udy  prop os e s   t he   de s i g of  a   hybri L E A C H - D E C A ro ut i ng  p rot oc ol   s c he m e   i n   W S N s   t ha t   w i l l   be   c om pa re d   w i t t he   L E A C H   rout i ng  pr ot oc o l   duri ng  t e s t i ng.   T he   hy bri L E A C H - D E CA R   s c he m e   i nvol ve s e l e c t i ng  t he   CH   ba s e on  ra ndom   s e l e c t i on  w i t re s i dua l   e ne rg y,   a l l ow i ng  fo r   m a i nt a i ne rout i ng  s e l e c t i on  duri ng  de l i ve ry  t t he   ba s e   s t a t i on.   T he   pe rform a nc e   a nd  e ne rgy  e ffi c i e nc y   w e re   de t e rm i ne ba s e on  t e s t i ng  pa ra m e t e rs   c ri t e ri a   i nc l udi ng  da t a   t ra ns m i s s i on  e f fi c i e nc ra t i o ,   t hroug hput ,   a nd  a ve ra ge   e ne r gy  c on s um pt i o n,   w i t e xpe r i m e nt s   c onduc t e o 100,   15 0,   200,   250,   a n d     300  node s .   T he   e va l ua t e pe rform a nc e   o bot rout i n pr ot oc ol s   w i t 30 rou nd s   c l e a rl s how s   t ha t   t h e   propo s e hy bri L E A C H - D E CA R   rout i ng  prot oc ol   p ro vi de s   qui t e   go od  de l i ve r ra t i pe rf orm a nc e ,   re a c hi ng  100%  i t he   s ys t e m ,   but   t he   da t a   fl ow   t hroughput   pe rform a nc e   i s   l ow e t ha t he   L E A C H   prot oc ol ,   w hi c i s   247. 15  K bp s   f or  L E A C H   a nd  7 8. 22  K bps   f or  hy bri d.   T he   e ne r gy  c on s um pt i o of  t h e   hybri rout i n pr ot oc ol   i s   re l a t i ve l m ore   e ffi c i e nt ,   w i t a a ve ra ge   e ne rg c on s um pt i on  of  30. 5 5%   c om pa re t t he   L E A CH   prot oc ol   w hi c re a c he s   99. 27%,   w hi c i s   c a us e by  a   s pi ke   i da t a   de l i ve ry  a t   t he   be gi nni ng  o t he   roun d.   T he   t e s t   re s ul t s   s ho w   a i nve rs e   re l a t i o ns hi be t w e e pe rform a nc e   i m prove m e nt   a nd  e ne rgy  c on s um pt i on .   T he   L E A C H   prot oc ol   e xc e l s   i da t a   fl ow   de l i ve ry  pe rform a nc e ,   w hi l e   t he   hyb ri prot oc ol   i s   s upe ri or  i s t a bi l i z i ng  t he   p a c ke t   t ra ns m i s s i on  s uc c e s s   p os s e s s e s   a   l ow e r   a ve ra ge   e ne rgy  c on s um pt i on  t ha t he   L E A CH   p rot oc ol .   R out i ng  pr ot oc ol s   w e re   de ve l ope s us t a i na bl b y   e xpl ori ng  ot he p rot oc ol   a l go ri t hm s .   T he   H ybri L E A C H - D E CA t e c h ni que   i t hi s   s t udy  pe rform e w e l l   i re gul a t i ng  t he   l e ve l   of  e ne rgy  e ffi c i e nc y.   H o w e ve r,   t hi s   di not   c ove t he   e ffe c t i ve ne s s   o t he   m e s s a g e   de l i ve ry  fl ow   l e ve l   i t he   ne t w or k.   T hi s   c oul d   be   ove rc om e   t hroug a   de n s i t a pproa c h   a nd  i nt e l l i ge nt   da t a   a ggre ga t i on  t ba l a nc e   pe rform a nc e   re s ul t s   a nd  ne t w ork  e n e rgy  e ffi c i e nc y,   or  t h rou gh  ot he m e t ho ds .       A C K N O WL ED G E M EN TS   T he   a ut ho w ou l d   l i ke   t e xpr e s s   h i s   d e e pe s t   gr a t i t ud e   t a l l   pa r t i e s   i nvol ve d ,   for   prov i di ng  c om p re h e ns i v e   g ui d a nc e   a nd  di s c us s i ons   dur i ng  t h e   c om p l e t i on   of  t hi s   r e s e a rc j ourn e y.   S pe c i a l   t ha nks   a re   e xt e nde t t h e   s up e rvi s o rs ,   e x a m i ne rs   a nd  fe l l ow   re s e a r c he rs   fo t he i i nv a l u a bl e   gui da n c e ,   c ons t ruc t i v e   fe e db a c k,   a nd  i n - d e pt h   d i s c us s i ons   i n   i m pro vi ng   t he   qu a l i t y   of  t h i s   r e s e a rc h.       F U N D I N G   I N F O R M A TI O N   A   s e ri e s   o s t u di e s   d i n ot   i nv ol v e   f undi ng  s ou rc e s   fro m   ot h e pa rt i e s .       A U TH O R   C O N TR I BU TI O N S   S TA T EM EN T   T hi s   j ou rna l   us e s   t h e   Cont r i bu t or   Rol e s   T a xono m y   (C Re di T )   t o   r e c o gni z e   i ndi v i du a l   a u t hor   c ont r i bu t i ons ,   r e du c e   a ut hors h i p   di s pu t e s ,   a nd   fa c i l i t a t e   c o l l a bora t i on .     N ame   of  A u th o r   C   M   So   Va   Fo   I   R   D   O   E   Vi   Su   P   Fu   M uha m m a A b ya n   N i z a r   M un t a s h i r                               V e ra   N ovi a n a   S ul i s t y a w a n                               N oor  H ud a l l a h                                 C     C o n c e p t u a l i z a t i o n   M     M e t h o d o l o g y   So     So ft w a re   Va     Va l i d a t i o n   Fo     Fo rm a l   a n a l y s i s   I     I n v e s t i g a t i o n   R     R e s o u rc e s   D   :   D a t a   Cu ra t i o n   O   :   W ri t i n g   -   O ri g i n a l   D ra ft   E   :   W ri t i n g   -   Re v i e w   &   E d i t i n g   Vi     Vi s u a l i z a t i o n   Su     Su p e rv i s i o n   P     P ro j e c t   a d m i n i s t ra t i o n   Fu     Fu n d i n g   a c q u i s i t i o n         C O N F LI C T   O F   I N T ER ES S TA T EM EN T   A ut hor   s t a t e   no   c o nfl i c t   of   i nt e re s t .       D A TA   A V A I LA BI LI TY   T he   a ut hors   c o nfi r m   t h a t   t h e   da t a   s up port i ng   t he   f i nd i ngs   of   t hi s   s t udy   a re   a va i l a bl e   w i t hi n   t h e   a rt i c l e   [a nd / or   i t s   s upp l e m e nt a ry  m a t e ri a l s ].   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.