I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m pu t er   E ng ineering   ( I J E CE )   Vo l.   1 6 ,   No .   3 ,  J u n e   20 2 6 ,   p p . 1543 ~ 1 5 6 1   I SS N:  2088 - 8 7 0 8 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijece. v 1 6 i 3 . pp 1 5 4 3 - 1 5 6 1           1543       J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //ij ec e. ia esco r e. co m   AI - ena bled  energ y - a wa re r o uting a ppro a ch f o r  fut ur e - wirel ess   sens o r net wo rks       Sh a m s her  Sin g h,  M a nd ee p  K um a r   D e p a r t me n t   o f   C o mp u t e r   S c i e n c e ,   S R P A   A d a r s h   B h a r t i y a   C o l l e g e ,   P a t h a n k o t ,   I n d i a       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J an   2 1 ,   2 0 2 6   R ev is ed   Ma r   2 3 ,   2 0 2 6   Acc ep ted   Ap r   2 7 ,   2 0 2 6       Ne x t - g e n e ra ti o n   wire les s  se n so r  n e two r k s  (W S Ns )  d e m a n d   i n telli g e n t,   e n e rg y - a wa re   c o m m u n ica ti o n   m e c h a n ism s  c a p a b le  o f  su sta in i n g   lo n g - term   o p e ra ti o n   in   e n v iro n m e n ts  wit h   v a ry i n g   c o n d it i o n s   a n d   stric t  re so u rc e   li m it a ti o n s.  Trad it i o n a l  r o u ti n g   p ro t o c o ls  o fte n   fa il   to   o p t imiz e   e n e rg y   c o n su m p ti o n   u n d e r  v a ry i n g   n e two rk   d e n sit ies ,   h e tero g e n e o u s  traffic  p a tt e rn s,  a n d   e n v ir o n m e n tal   u n c e rtain ti e s.  T h is  re se a rc h   p r o p o se s  a n     AI - e n a b led   e n e rg y - e fficie n t  r o u ti n g   p ro t o c o l  (AI - E ERP )  d e sig n e d   to   e n h a n c e   n e two r k   li fe ti m e ,   sta b il i ty ,   a n d   d a ta  d e li v e ry   p e rfo rm a n c e   i n   n e x t - g e n e ra ti o n   WS Ns .   T h e   p ro t o c o l   in teg ra tes   m a c h in e   lea rn in g – b a se d   n o d e   se lec ti o n ,   a d a p ti v e   c lu ste rin g ,   a n d   p re d icti v e   re sid u a l - e n e rg y   e sti m a ti o n   to   m a k e   o p ti m ize d   ro u ti n g   d e c isio n s  in   re a l  ti m e .   Us in g   AI - d ri v e n   m o d e ls,     AI - EE RP   d y n a m ica ll y   a d j u sts  ro u ti n g   p a t h s  b a se d   o n   e n e rg y   p a tt e rn s,  li n k   q u a li t y ,   a n d   n e tw o rk   to p o lo g y   c h a n g e s.   Th e   sim u latio n   o u tco m e s  c lea rly   in d ica te  th a t  th e   p r o p o se d   a p p ro a c h   a c h iev e s  n o tab le  g a i n s  in   e n e rg y   e fficie n c y ,   p a c k e t  d e li v e ry   re li a b il it y ,   a n d   n e two rk   l ifetime   wh e n   c o m p a re d  with   trad i ti o n a l  ro u ti n g   p r o to c o ls,   in c lu d in g   L EACH,  P EG ASIS ,   a n d   HEED .   Th e   p r o p o se d   a p p r o a c h   e sta b li s h e s  a   ro b u st   a n d   sc a lab le  fra m e wo rk   f o r   fu tu re   in telli g e n t   WS N   d e p lo y m e n ts  a c ro ss   a p p l ica ti o n s   in c l u d in g   sm a rt  c it ies ,   p re c isio n   a g ric u lt u re ,   e n v ir o n m e n t - f o c u se d   a p p li c a ti o n s   a n d   a u to m a ted   i n d u str ial  o p e ra ti o n s .   K ey w o r d s :   Ad ap tiv e  clu s ter in g   AI - en ab led   r o u tin g   E n er g y   ef f icien t p r o to co l   I n tellig en t c o m m u n icatio n   Ma ch in e  lear n in g   Nex t - g en   I n ter n et  o f   T h in g s   n etwo r k s   Sm ar t sen s in g   s y s tem s   W ir eles s   s en s o r   n etwo r k s   T h is i s  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 :   Sh am s h er   Sin g h   Dep ar t m en t   o f   C o m p u ter   Scie n ce ,   SR PA A d ar s h   B h ar tiy a  C o lleg e   J alan d h ar - Dalh o u s ie,   B y - Pas s   R o ad ,   Path an k o t.  Pu n jab ,   I n d i a   E m ail: d r s am s in g h 1 6 1 2 @ g m a il.c o m       1.   I NT RO D UCT I O N   W ir eles s   s en s o r   n etwo r k s   ( W SNs )   ar e  in cr ea s in g ly   u s ed   as  a  co r e  tech n o lo g y   in   m o d er n   in tellig en t  s y s tem s ,   en ab lin g   c o n tin u o u s   m o n ito r in g   a n d   d ata  ac q u is itio n   ac r o s s   d iv er s e  e n v ir o n m en ts .   T h e   r ap i d   g r o wth   o f   ap p licatio n s   in clu d in g   s m ar t  cities,  en v ir o n m en tal   s en s in g ,   in d u s tr ial  led   a u to m ati o n ,   h ea lth ca r e,   an d   p r ec is io n   ag r icu ltu r e  h as  in cr ea s ed   th e  d em an d   f o r   W SNs   ca p ab le  o f   lo n g - ter m   au to n o m o u s   an d   r eliab le   o p er atio n   [ 1 ] .   On e  o f   th e  m o s t  s ig n if ican t  ch allen g es  af f ec ti n g   s u ch   d ep lo y m en ts   is   en er g y   co n s u m p tio n ,   as   s en s o r   n o d es  ar e  g en er all y   p o wer ed   b y   co n s tr ain e d ,   n o n - r ec h ar g ea b le  b atter y   s o u r ce s .   Sin ce   co m m u n icatio n — p ar ticu lar ly   r o u tin g — co n s u m es  th e  h ig h est  p r o p o r tio n   o f   en er g y ,   d esig n in g   ef f icien t   r o u tin g   m ec h an is m s   r em ain s   c en tr al  to   im p r o v in g   th e  o v er all   n etwo r k   p er f o r m an ce   a n d   life tim e.   T r ad itio n al  r o u tin g   p r o to c o ls   s u ch   as  L E A C H,   T E E N,   PEGA SIS,   an d   HE E D  h av e   p r o v id ed   f u n d am e n tal  s o lu tio n s   f o r   d at a  f o r war d i n g   a n d   clu s ter in g ;  h o wev er ,   t h ese  ap p r o ac h es  o f ten   r ely   o n   s tatic   d ec is io n - m ak in g ,   h e u r is tic  th r esh o ld s ,   o r   p r ed eter m i n ed   en e r g y   m o d els.  As  W SNs   ev o lv e  to war d   lar g e - s ca le,   h eter o g en e o u s ,   an d   m is s io n - c r itical  ap p licatio n s ,   th ese  clas s ical  m eth o d s   b ec o m e  in s u f f i cien t  to   ef f ec tiv ely   h an d le  d y n am ic  n etwo r k   co n d itio n s ,   u n p r e d ictab le  n o d e  f a ilu r es,  v ar y in g   tr af f ic  p atter n s ,   an d   th e  n ee d   f o r   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   1 6 ,   No .   3 ,  J u n e   20 2 6 :   1 5 4 3 - 1 5 6 1   1544   r ea l - tim e  o p tim izatio n .   T h is   in cr ea s in g   co m p lex ity   h as  led   to   a  s h if t  to war d   lev e r ag in g   a r tific ial  in tellig en ce   ( AI )   an d   m ac h in e  lea r n in g   ( M L )   m eth o d s   to   en h a n ce   r o u tin g   d ec is io n s   with in   r o u tin g   p r o to co ls   d esig n .   AI - en ab led   r o u tin g   i n tr o d u ce s   th e  ab ilit y   to   lear n   f r o m   n et wo r k   s tates,  p r ed ict  n o d e  e n e r g y   lev els,   id en tify   o p tim al  f o r war d in g   p ath s ,   an d   ad a p tiv ely   r estru ct u r e  clu s ter s   ac co r d in g   to   en v ir o n m en tal  ch a n g es.  B y   in teg r atin g   AI - d r i v en   d ec is io n - m ak in g ,   W SNs   ca n   s ig n if i ca n tly   en h a n ce   e n er g y   ef f icien cy ,   r e d u ce   c o n tr o l   o v er h ea d ,   a n d   ac h iev e   s u s tain ed   n etwo r k   p er f o r m a n ce   ev en   u n d er   u n ce r tain   o r   d y n am i c  co n d itio n s .   T h ese  in tellig en t  s y s tem s   f u r th er   s u p p o r t  n ex t - g en er atio n   d ep lo y m en ts ,   wh er e  s ca lab ilit y ,   r o b u s tn ess ,   an d   r ea l - tim e   o p tim izatio n   ar e  k ey   r e q u ir em en ts .   T h is   r esear ch   p r o p o s es  an   AI - en ab led   en e r g y - e f f icien t  r o u t in g   p r o to c o l  ( AI - E E R P)  th at  lev er ag es  m ac h in e  lear n in g   al g o r ith m s   t o   o p tim ize  r o u tin g   d ec is io n s   b ased   o n   r esid u al  e n er g y   p r e d ictio n ,   lin k   q u ality   esti m atio n ,   an d   ad ap tiv e  cl u s ter in g   s tr ateg ies.  Un lik e  co n v e n tio n al  p r o t o co ls ,   AI - E E R P  co n tin u o u s ly   lear n s   f r o m   n etwo r k   b e h av io r   to   d y n am ically   ad ju s t  r o u tin g   p ath s ,   th er eb y   m a x im izin g   e n er g y   co n s er v atio n   an d   ex ten d in g   n etwo r k   life tim e.   T h r o u g h   ex ten s iv e  s im u latio n s   an d   p er f o r m an ce   an a ly s is ,   th is   s tu d y   d em o n s tr ates  th at  AI - E E R P  o u tp er f o r m s   ex is tin g   en er g y - ef f icien t  p r o to c o ls   ac r o s s   p er f o r m an ce   in d icato r s   r ef lectin g   en er g y   c o n s u m p tio n ,   d ata  d eliv er y   s u cc ess ,   n etwo r k   s tab ilit y ,   an d   th r o u g h p u t.   Ov er all,   th is   in teg r atio n   o f   A I   tech n iq u es  in to   r o u tin g   d esig n   r e p r esen ts   a  tr an s f o r m ativ e  s tep   f o r   n ex t - g en e r atio n   W SNs ,   en ab l in g   m o r e   s u s tain ab le,   s ca lab l e,   an d   in tellig en t   s en s o r   n et wo r k   a r ch itectu r es  s u itab le  f o r   em er g in g   I n te r n et  o f   T h in g s - d r iv en   ( I o T - d r iv e n )   en v ir o n m en ts .   a.   C o n tr ib u tio n s   o f   t h is   wo r k   Mo s t  ex is tin g   en er g y - awa r e  r o u tin g   p r o t o co ls   in   W SNs   r ely   o n   f i x ed   h eu r is tics   an d   in s tan tan eo u s   n etwo r k   p ar am ete r s ,   wh ich   lim its   th eir   ab ilit y   to   ad ap t to   c h an g in g   co n d itio n s .   T o   o v er c o m e  th ese  lim itatio n s ,   th is   wo r k   p r esen ts   a  lear n in g - ass is ted   r o u tin g   ap p r o ac h   th at   en ab les  p r o ac tiv e  an d   ad a p tiv e  d ec is io n - m ak in g .   T h e  m ain   co n tr ib u tio n s   o f   th e   p r o p o s ed   s tu d y   ar e   s u m m ar ize d   as f o llo ws:   b.   L ea r n in g - ass is ted   p r ed ictiv e  r o u tin g   d esig n   T h is   s tu d y   in tr o d u ce s   a  n ew   AI - E E R P   th at  in co r p o r ates  m ac h in e  lear n i n g   tech n iq u es   to   p r ed ict   r esid u al  n o d e  en er g y   an d   ass ess   lin k   q u ality .   B y   em b ed d in g   p r ed ictio n   ca p a b ilit ies  in to   r o u tin g   d ec is io n s ,   th e   p r o p o s ed   f r am ewo r k   s h if ts   f r o m   r ea ctiv e  b eh a v io r   t o   f o r war d - lo o k i n g   r o u tin g   m an ag e m en t.   c.   Mu lti - cr iter ia  ad ap tiv e  clu s ter - h ea d   s elec tio n   An   ad ap tiv e   clu s ter - h ea d   s elec tio n   m ec h a n is m   is   d ev elo p e d   th at  jo in tly   co n s id er s   p r ed ic ted   en er g y   av ailab ilit y ,   co m m u n icatio n   r eliab ilit y ,   an d   n o d e  p r o x im i ty .   T h is   m u lti - f ac to r   s tr ateg y   r ed u ce s   ar b itra r y   clu s ter - h ea d   ass ig n m en t,  m in i m izes  p r em atu r e  n o d e  d ep leti o n ,   an d   e n h an ce s   clu s ter   s tab ilit y   o v er   s u cc ess iv e  co m m u n icatio n   r o u n d s .   d.   E n er g y -   a n d   lin k - awa r e  m u lti - h o p   r o u tin g   s tr ateg y   AI - E E R P   em p lo y s   an   in telli g en t  m u lti - h o p   r o u tin g   s ch e m e  th at  d y n am ically   s elec ts   f o r war d in g   p ath s   b ased   o n   an ticip ated   e n e r g y   lev els  an d   lin k   co n d itio n s .   T h is   ap p r o ac h   p r ev e n ts   o v er u s e  o f   wea k   o r   lo w - en er g y   n o d es a n d   i m p r o v es th e  r o b u s tn ess   o f   d ata  tr an s m is s io n   to war d   th e  b ase  s tatio n .   e.   L ig h tweig h t m ac h in e   lear n in g   f o r   p r ac tical  d ep lo y m en t   T o   en s u r e   f ea s ib ilit y   o n   r eso u r ce - lim ited   s en s o r   p latf o r m s ,   th e  p r o p o s ed   p r o t o co l u tili ze s   lig h tweig h t  lear n in g   m o d els  with   lo w  co m p u tatio n al  o v er h ea d .   Mo d el   tr ain in g   is   p er f o r m ed   ce n tr al ly ,   wh ile  n o d e - lev el   in f er en ce   is   k ep t e f f icie n t,  en a b lin g   p r ac tical  d ep lo y m en t w ith o u t e x ce s s iv e  en er g y   o r   p r o c ess in g   co s ts .   f.   E x ten s iv e  s im u latio n - b ased   p e r f o r m a n ce   an aly s is   T h e  ef f ec tiv en ess   o f   AI - E E R P   is   v alid ated   th r o u g h   co m p r eh en s iv e  NS - 3   s im u latio n s   u n d e r   d if f er e n t  n etwo r k   d e n s ities ,   b ase  s tatio n   lo ca tio n s ,   an d   tr af f ic  s ce n ar i o s .   Per f o r m a n ce   is   ass ess ed   u s in g   m etr ics  s u ch   as   n etwo r k   life tim e,   r esid u al  en er g y   b alan ce ,   p ac k et  d eliv e r y   r atio ,   th r o u g h p u t,  d elay ,   r o u tin g   o v er h ea d ,   an d   en er g y   f air n ess .   g.   Scalab ilit y   an d   lo n g - ter m   n et wo r k   s u s tain ab ilit y   Simu latio n   r esu lts   d em o n s tr ate  th at  AI - E E R P   co n s is ten tly   o u tp e r f o r m s   b en c h m ar k   p r o t o co ls ,   in clu d in g   L E AC H,   HE E D,   a n d   PEGA SIS,   ac r o s s   b o th   s p ar s e  an d   d e n s e  n etwo r k   c o n f ig u r atio n s .   T h ese  r esu lts   h ig h lig h t  th e  p r o t o co l’ s   s ca lab ilit y   an d   s u itab ilit y   f o r   lo n g - ter m   o p er atio n   in   lar g e - s ca le  W SN - en ab led   I n ter n et  o f   T h in g s   ( I o T )   a p p lic atio n s .   Nex t - g en er atio n   W SNs   ar e  r eq u ir ed   to   o p er ate  i n   m ass - s ca le,   h eter o g en eo u s ,   an d   tim e - v ar y in g   en v ir o n m en ts ,   wh er e  s en s o r - e q u ip p e d   u n its   s en s e  th e  en v ir o n m en t  o n   a n   o n g o in g   b asis ,   p r o ce s s ,   an d   tr an s m it   d ata  u s in g   lim ited   b atter y   p o wer .   T h e  p r im ar y   ch allen g e   in   s u ch   n etwo r k s   is   en er g y - ef f icien t  r o u tin g ,   as   co m m u n icatio n   co n s u m es  th e   m ajo r ity   o f   a   n o d e’ s   en er g y .   E x is tin g   m eth o d s   f o r   d ata   r o u tin g   —   n o tab ly   L E AC H,   PEGA SIS,   T E E N,   an d   HE E D   —   u s e  s tatic  th r esh o ld s ,   h eu r is tic  clu s ter   f o r m ati o n ,   o r   f ix ed   r o u tin g   p ath s ,   m ak i n g   t h em   i n s u f f icien t  f o r   r ea l - tim e   ad a p tatio n   t o   ch an g in g   n etwo r k   co n d itio n s .   T h ese  p r o t o co ls   ar e   u n ab le  to   ac cu r ately   p r ed ict   n o d e  en er g y   d e p letio n ,   b al an ce   lo ad   d is tr ib u tio n ,   o r   d y n am ically   o p tim ize  r o u tin g   b ased   o n   lin k   q u ality   a n d   to p o lo g y   v ar iatio n s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         AI - en a b led   en erg y - a w a r e  r o u tin g   a p p r o a ch   fo r   fu tu r e - w ir eless   s en s o r   n et w o r ks   ( S h a msh er S in g h )   1545   As a  r esu lt,  cu r r en t  W SN s   f r eq u en tly   ex p er ien ce   p r em atu r e  n o d e  f ailu r es,  u n ev e n   en er g y   d is s ip atio n ,   r ed u ce d   n etwo r k   s tab ilit y ,   an d   s h o r ten e d   o p er atio n al  life ti m e.   W ith   in cr ea s in g   d e m an d s   p lace d   o n   W SNs   in   s m ar t  city   in f r astru ctu r es,  i n d u s tr ial  I o T   s y s tem s ,   en v ir o n m en tal  m o n ito r i n g ,   a n d   o t h er   a p p licatio n s ,   th er e  is   an   u r g en t  n ee d   f o r   an   in tellig en t  r o u tin g   ap p r o ac h   ca p ab le  o f   lear n in g   n etwo r k   b e h av io r ,   f o r ec asti n g   en er g y   co n s u m p tio n   p atter n s ,   an d   s elec tin g   o p tim al  co m m u n icatio n   p ath s   au to n o m o u s ly .   Desp ite  s ig n if ican t  ad v an ce m en ts ,   ex is tin g   r o u tin g   p r o t o co ls   s till   s tr u g g le  to   b alan ce   en er g y   co n s u m p tio n ,   ad a p t  to   d y n am i c  co n d itio n s ,   an d   p r o v i d e  s ca lab le  p er f o r m a n ce .   I n   p ar ticu la r ,   cu r r en t  AI - b ased   ap p r o ac h es  o f ten   lack   in teg r a tio n   o f   p r ed ictio n ,   clu s ter in g ,   an d   r o u tin g   with in   a  u n if ie d   f r am ewo r k .   T h is   m o tiv ates  th e  d esig n   o f   an   in t ellig en t  r o u tin g   p r o to co l  th at   co m b in es  p r e d ictiv e  en er g y   e s tim atio n ,   ad ap tiv e  clu s ter in g ,   an d   ef f icien t p ath   s elec tio n   to   en h a n ce   n etwo r k   li f etim e  an d   r eliab ilit y .         2.   L I T E R AT U RE   R E VI E W   E n er g y - awa r e  r o u tin g   is   wid el y   r ec o g n ized   as  a  f u n d a m en ta l  r esear ch   ch allen g e  in   W SNs ,   o win g   to   th e  lim ited   e n er g y   r eso u r ce s   o f   s en s o r   n o d es,  b ec a u s e  s en s in g   u n its   o p er ate   with   r estricte d   b atter y   ca p ac ity   an d   lim ited   co m p u tatio n al  r es o u r ce s .   Sin ce   co m m u n icatio n   co n s u m es  a  m ajo r   p o r tio n   o f   n o d e  en er g y ,   ea r ly   r o u tin g   s o lu tio n s   lar g ely   co n ce n tr ated   o n   clu s ter in g   tech n i q u es,  co m b in i n g   d ata  ag g r eg atio n   with   r ed u ce d   r ed u n d an t c o m m u n icatio n   to   e x ten d   n etwo r k   life tim e.       2 . 1 .     Cla s s ica l e nerg y - ef f icient   r o uting   pr o t o co ls   L E AC H  ad o p ts   a  r an d o m ize d   m eth o d   f o r   r o tatin g   clu s ter   h ea d s   s o   th at  en er g y   co n s u m p tio n   is   s h ar ed   m o r e  e v en ly   am o n g   t h e  n o d es  [ 1 ] .   Alth o u g h   L E A C H  ef f ec tiv ely   r ed u ce s   co m m u n icatio n   o v e r h ea d   an d   s im p lifie s   clu s ter   f o r m atio n ,   it  o f ten   lead s   to   u n s tab le  clu s ter s   an d   ea r ly   ex h au s tio n   o f   clu s ter   h ea d   ( C H)   n o d es,  p ar tic u lar ly   in   h eter o g e n eo u s   n etwo r k   en v i r o n m e n ts .   PEGA SIS  f o llo ws  a  ch ain - b ased   co m m u n icatio n   m o d el  wh er e  n o d es  co m m u n icate   with   n ea r b y   n eig h b o r s ,   an d   o n e  n o d e  s en d s   th e  co llected   d ata   to   th e   b as e  s tatio n   [ 2 ] .   W h ile  th is   s tr ateg y   m in im izes  lo n g - d is tan ce   tr an s m is s io n s ,   it  s u f f er s   f r o m   i n cr ea s ed   c o m m u n icatio n   d elay   an d   lim ited   s ca lab ilit y   in   lar g e - s ca le   d ep lo y m e n ts .   Hy b r id   e n er g y - ef f icien t   d is tr i b u ted   cl u s ter in g   ( HE E D )   en h an ce d   clu s ter - h ea d   elec tio n   s t r ateg y   b y   in co r p o r atin g   av ailab le  b atter y   p o wer   a n d   c o m m u n icatio n   ef f o r t  as  d ec is io n   p a r am eter s ,   r esu ltin g   in   m o r e  co n s is ten t  clu s ter   f o r m atio n   a n d   im p r o v ed   n etwo r k   s tab ilit y   [ 3 ] .   T h ese  ea r l y   p r o to co ls   laid   th e  f o u n d ati o n   f o r   h ier ar ch ical  r o u ti n g   in   W SN s   an d   co n tin u e  to   s er v e  as  r ef er en ce   b e n ch m ar k s   f o r   th e  d ev elo p m e n t  o f   ad v an ce d   en er g y - awa r e  r o u tin g   s tr ateg ies.     2 . 2 .     E nh a nced  a nd   met a heu ristic - ba s ed  r o uti ng   a pp r o a ches   Nu m er o u s   ex ten s io n s   to   L E AC H,   PEGA SIS,   an d   HE E D  h a v e  s o u g h t  to   a d d r ess   th eir   lim i tatio n s   b y   in co r p o r atin g   h eter o g e n eity ,   m u lti - h o p   r o u tin g ,   m o b ilit y   h an d lin g ,   an d   im p r o v ed   C H  s elec tio n   h eu r is tics .   V ar ian ts   s u ch   as  M - L E AC H,   T E E N,   E - PEGA SIS,   an d   H - HE E D  d em o n s tr ate  in cr em e n tal  im p r o v e m en ts   u n d er   s p ec if ic  s ce n a r io s   [ 4 ] .   R esear ch er s   h av e   also   a p p l ied   m etah e u r is tic  tech n iq u es,  s u ch   as   g en etic   alg o r ith m   ( GA) ,   p ar ticle  s war m   o p tim izatio n   ( PS O) ,   an d   a n t  co lo n y   o p tim izatio n   ( AC O) ,   to   r e f in e  clu s ter - h ea d   s elec tio n   an d   r o u tin g   p a th   f o r m atio n   [ 5 ] .   W h ile  th ese  m eth o d s   ac h iev e  b etter   e n er g y   b alan cin g ,   th eir   co m p u tatio n al  o v er h ea d   lim its   p r ac tical  d ep lo y m en t  o n   s en s o r   n o d es  with   lim ited   en er g y   an d   p r o ce s s in g   ca p ac ity .     2 . 3 .     AI a nd   ma chine le a rnin g - ba s ed  r o uting   t ec hn iq ues   R ec en t r esear ch   tr en d s   h ig h lig h t th e  in cr ea s in g   r elian ce   o n   AI   an d   ML   tech n iq u es to   en h an ce   r o u tin g   ad ap tab ilit y   in   W SN s .   ML   tech n iq u es  h av e  b ee n   ap p lied   to   r esid u al  en er g y   p r e d ictio n ,   lin k - q u ality   esti m atio n ,   an o m aly   d etec tio n ,   an d   d y n am ic  r o u tin g   d ec i s io n s   [ 6 ] .   R ein f o r ce m en t  lear n in g - b ased   r o u tin g ,   s u ch   as  Q - lear n in g   an d   DR L ,   h elp   n o d es  i d en tify   ef f icien t  f o r war d in g   s tr ateg ies  o v er   tim e  i n   d y n am i c   en v ir o n m en ts ,   im p r o v in g   th r o u g h p u t  an d   r ed u ci n g   e n er g y   d ep letio n   h o ts p o ts .   R ec en t  s tu d ies  h av e  e x p lo r e d   v ar io u s   in tellig en t   an d   en er g y - awa r e  r o u tin g   s tr ateg ies  f o r   wir eless   s en s o r   n etwo r k s .   Me tah eu r is tic - b ased   clu s ter in g   an d   r o u tin g   ap p r o a ch es  h av e   b ee n   in v esti g ated   t o   im p r o v e   n etwo r k   life tim e  a n d   co m m u n icatio n   ef f icien cy   [ 7 ] ,   [ 8 ] .   Sev er al  s u r v ey   s tu d ies  h av e  also   an aly z ed   r o u tin g   tech n iq u es,  en er g y - ef f icien t  p r o to co ls ,   an d   o p tim izatio n   s tr ateg ies  f o r   W SNs   an d   I o T - e n ab led   en v i r o n m en ts   [ 9 ] – [ 1 4 ] .   I n   a d d itio n ,   m ac h in e  lear n in g   an d   ar tific ial  in tellig en ce   t ec h n iq u es  h a v e  in cr ea s in g ly   b ee n   in co r p o r ated   in to   w ir eless   n etwo r k in g   ap p licatio n s ,   in clu d in g   an o m a ly   d etec tio n ,   ad a p tiv e  r o u tin g ,   an d   p r e d ictiv e  r eso u r ce   m an a g em en t   [ 1 5 ] – [ 1 9 ] .  T h ese  s tu d ies  d em o n s tr ate  t h e  g r o win g   im p o r tan ce   o f   i n tellig en t  d ec is io n - m a k in g   m ec h an is m s   in   n ex t - g en er atio n   W SN  ar ch itectu r es .   R ec en t  s u r v ey s   h ig h lig h t  th e  g r o win g   ad o p tio n   o f   en er g y - a war e  an d   lear n in g - b ased   r o u tin g   p r o to co ls   as  ef f ec tiv e  s o lu tio n s   f o r   ex ten d in g   n etwo r k   life tim e  [ 2 0 ] .   Ma ch in e - lear n in g - b ased   r o u tin g   s ch em es  h av e  b ee n   s h o wn   to   o u tp er f o r m   h eu r is tic  m eth o d s   b y   en ab lin g   ad a p tiv e  an d   p r ed ictio n - Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   1 6 ,   No .   3 ,  J u n e   20 2 6 :   1 5 4 3 - 1 5 6 1   1546   d r iv en   e n er g y   m a n ag em e n t  [ 2 1 ] .   Hy b r id   AI   a n d   m etah e u r is tic  ap p r o ac h es  h av e  also   b ee n   ex p lo r ed   to   o p tim ize  r o u tin g   p at h s   an d   clu s ter   f o r m atio n   u n d er   d y n am i c  n etwo r k   co n d itio n s   [ 2 2 ] .   AI - en ab led   clu s ter in g   an d   r o u tin g   m ec h a n is m s   h av e   r ec en tly   b ee n   p r o p o s ed   to   en h an ce   ad a p tab ilit y   an d   en er g y   b alan cin g   in   I o T - b ased   W SN s   [ 2 3 ] .   C o m p r eh en s iv e  s u r v ey s   f r o m   2 0 2 2 – 2 0 2 4   r e p o r t   th at  ML - b ased   r o u tin g   p r o to co ls   o u tp e r f o r m   class ical  m eth o d s   in   ter m s   o f   s ca lab ilit y ,   ad ap tab ilit y ,   an d   n etwo r k   life tim e  u n d e r   v ar y i n g   tr af f ic  an d   to p o lo g y   co n d itio n s   [ 4 ] ,   [ 6 ] .   Ho wev er ,   ch allen g es  r em ain   in   ter m s   o f   co m p u tatio n al   co s t,  d ata   av ail ab ilit y   f o r   tr ain in g ,   an d   th e  o v er h ea d   r e q u ir ed   f o r   m o d el  d is tr ib u tio n   an d   u p d ates w ith in   th e  n etwo r k .     2 . 4 .     Resea r ch  g a p a nd   mo t i v a t io n   T h e  liter atu r e  r ev ea ls   th at  wh ile  AI - en ab led   r o u tin g   o f f er s   s ig n if ican t  p er f o r m an ce   im p r o v em en ts ,   ex is tin g   ap p r o ac h es   o f ten   n e g lect  r ea l - tim e  c o n s tr ain ts   an d   im p o s e  h ea v y   co m p u tatio n al  b u r d e n s   o n   s en s o r   n o d es.  Mo r eo v er ,   f ew  s tu d ies  h o lis tically   in teg r ate  en er g y   p r ed ictio n ,   ad ap tiv e  clu s ter in g ,   an d   in tellig en t  p ath   s elec tio n   in to   a  u n if ie d   f r am ewo r k   with   m in im al  c o m m u n icatio n   o v e r h ea d .   T h ese  o b s er v atio n s   led   to   t h e   d ev elo p m e n t  o f   AI - E E R P ,   a  r o u tin g   p r o to co l  th at  b len d s   lig h tweig h t  ML   m o d els  with   en er g y - awa r e  r o u tin g   s tr ateg ies  to   im p r o v e  b o th   n etwo r k   s tab ilit y   an d   o p e r atio n al  life tim e.   L ea r n in g - ass is te d   r o u tin g   s tr ateg ies   h av e  d em o n s tr ated   im p r o v e d   lo n g - ter m   s u s tain ab ilit y   b y   p r ed ictin g   n o d e  b e h av io r   an d   a v o id in g   p r em at u r e  en er g y   d ep letio n   [ 2 4 ] .   R ec en t  s tu d ies  em p h asize  th e  im p o r tan ce   o f   lig h tweig h t  m ac h i n e - l ea r n in g   m o d els  to   en s u r e  f ea s ib ilit y   o n   r eso u r ce - co n s tr ain ed   s en s o r   n o d es   [ 2 5 ] .       3.   P RO P O SE D   M E T H O DO L O G Y   T h e  p r o p o s ed   AI - E E R P   in tr o d u ce s   an   in tellig en t,  ad ap ti v e  r o u tin g   f r am ewo r k   th at  in teg r ates   m ac h in e  lear n in g - b ased   d ec is io n - m ak in g   with   h ier ar ch ical   clu s ter in g   to   o p tim ize  en er g y   co n s u m p tio n   an d   ex ten d   th e  o p e r atio n al  d u r atio n   o f   W SNs .   T h e  m eth o d o lo g y   co n s is ts   o f   s ix   p r im ar y   co m p o n e n ts :  n etwo r k   m o d el  d ef in itio n ,   en er g y   m o d el  f o r m u latio n ,   d ata   co llectio n ,   m ac h in e   lear n in g – b ased   p r ed ictio n ,   ad ap tiv e  clu s ter in g ,   an d   in tellig en t r o u t in g   p ath   s elec tio n .     3 . 1 .     Net w o rk  mo del   I n   th e  p r o p o s ed   m o d el,   th e   W SN  co m p r is es  N  s en s o r   n o d es  r an d o m ly   s ca tter ed   o v er   a  two - d im en s io n al  p lan e .   Ass u m p tio n s   o f   th e   s im u latio n   m o d el  in clu d e:   i)   On ce   d ep lo y ed ,   t h e  s en s o r   n o d es  ar e  s tatio n ar y   an d   h av e  ac ce s s   to   th eir   lo ca tio n   in f o r m atio n .   ii)  T h e  b ase  s ta tio n   d o es  n o t  m o v e  an d   is   p lace d   eith er   in s id e  o r   o u ts id e   th e  s e n s in g   f ield .   iii)   No d es  g en er at e  d ata  p er io d ically   an d   c o m m u n icate   v ia   s in g le - h o p   o r   m u lti - h o p   h ier ar c h ical  r o u tin g .   iv )   No d es  s tar t  with   u n if o r m   i n itial  en er g y   an d   f o llo w  th e  f ir s t - o r d er   r ad io   en er g y   m o d el.   an d   v )   T h e  b ase  s tatio n   ( B S)   p o s s es s es  h ig h er   co m p u tatio n al  p o wer   an d   s to r es  h is to r ical  n etwo r k   d ata  f o r   t r ain in g   ML   m o d els.     3 . 2 .     E nerg y   mo del   AI - E E R P   ad o p ts   th e  class ica l   f ir s t - o r d er   r ad i o   to   ac co u n t  f o r   th e  en er g y   r e q u ir ed   to   tr a n s m it  an d   r ec eiv e  k - b it d ata  is :   a.   T r an s m is s io n   en er g y :      ( , ) = ⋅ + ⋅ ⋅     b.   R ec ep tio n   en er g y :      ( ) = ⋅     w h er e   =   elec tr o n ic  cir cu itry   co s t ,    =   am p lifie r   co s t,     in d icate s   th e  p ath - lo s s   ex p o n en t  ( 2   f o r   f r ee - s p ac e  co m m u n icatio n   a n d   4   f o r   m u ltip at h   p r o p a g atio n ) ,  d = d is tan ce   b etwe en   s en d er   an d   r e ce iv er .   T h e  m o d el   h elp s   esti m ate  th e  en er g y   co n s u m ed   d u r in g   clu s ter in g   an d   r o u tin g   ac tiv ities .     3 . 3 .     Da t a   c o llect io n a nd   f ea t ur e  ex t ra ct io n   E ac h   s en s o r   n o d e  p er io d ically   ca p tu r es  lo ca l  p ar am eter s   an d   f o r war d s   ess en tial  f ea tu r es  to   th e  B S  o r   clu s ter   h ea d   f o r   ML   p r o ce s s in g .   E x tr ac te d   f ea tu r es  in cl u d e:   r esid u al  en er g y ,   n o d e  d e g r ee /n eig h b o r h o o d   d en s ity ,   lin k   q u ality   ( R SS I / L QI ) ,  d is tan ce   to   C H  an d   B S ,  h is to r ical  en er g y   co n s u m p tio n   tr en d ,   b u f f er   o cc u p an cy ,   a n d   p ac k et  s u c ce s s /f ailu r e  r atio .  T h ese  f ea tu r es f o r m   th e  in p u t d ataset  f o r   ML - b ased   p r ed ictio n s .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         AI - en a b led   en erg y - a w a r e  r o u tin g   a p p r o a ch   fo r   fu tu r e - w ir eless   s en s o r   n et w o r ks   ( S h a msh er S in g h )   1547   3 . 4 .     M a chine  lea rning - ba s ed  r esi du a l e nerg y   a nd   lin k q ua lity   pr edict io n   AI - E E R P   in co r p o r ates lig h twe ig h t M L   m o d els to   p er f o r m   tw o   cr itical  p r ed ictio n s :   a.   R esid u al  en er g y   p r ed ictio n   A   r eg r ess io n - b ased   p r ed ictio n   m o d el  u s in g   s im p le  o r   en s em b le  lear n in g   tech n iq u es  p r ed icts   th e  f u tu r e  e n er g y   lev el  o f   ea ch   n o d e:     = ( , ℎ  ,  ,  ,  )     T h e  B S tr ain s   th e  m o d el  o f f lin e,   wh ile  s en s o r   n o d es e x ec u te  lig h tweig h t in f er e n ce .   b.   L in k   q u ality   p r ed ictio n   A   class if ier   p r ed icts   lin k   r eliab ilit y   u s in g   m etr ics s u ch   as R SS I ,   n o is e,   an d   p ac k et  lo s s :       = (  ,  ,  )     T h ese  p r ed ictio n s   g u id e  C H  s elec tio n   an d   r o u te  f o r m atio n .     3 . 5 .     Ada ptiv e  clus t er - hea d select io n us ing   AI   AI - E E R P   p er f o r m s   clu s ter - h e ad   ( C H)   s elec tio n   u s in g   a  h y b r id   d ec is io n   m etr ic:      = ⋅ + ⋅   + ⋅ 1      w h er e   α ,  β ,  γ   ar e  s y s tem - d ef i n ed   weig h ts .   Hig h er   s co r e  i n d icate s   b etter   s u itab ilit y   as  C H.   No d es  with   to p - r an k ed   s co r es  b ec o m e  cl u s ter - h ea d s ,   e n s u r in g :   i)   b alan ce d   en er g y   co n s u m p tio n ,   ii)   b e tter   r eliab ilit y ,   an d     iii)  r ed u ce d   r e - clu s ter in g   f r eq u en cy .  C o m p ar ed   to   L E AC H/HE E D,   th is   r ed u ce s   r an d o m n ess   an d   en h an ce s   s tab ilit y .     3 . 6 .     I nte llig ent   r o uting   pa t h  f o rma t io n   On ce   C Hs ar e  s elec ted ,   AI - E E R P   co n s tr u cts an   o p tim ized   m u lti - h o p   r o u te  f r o m   C Hs to   th e   B S.   Step s :   a.   C Hs b r o ad ca s t th eir   p r ed icted   en er g y   an d   lin k   s co r es.   b.   Neig h b o r in g   C Hs ev alu ate  p o t en tial f o r war d in g   ca n d id ates u s in g :      _  = ⋅ + ⋅   − ⋅     c.   C H  s elec t s   th e  n ex t h o p   th at  m ax im izes   _  .   d.   Data   is   ag g r eg ated   at  C Hs an d   f o r war d e d   in   a n   en er g y - awa r e   m u lti - h o p   f ash io n .   T h is   en s u r es m in im al  en er g y   wastag e  an d   av o id s   lo w - e n er g y   n o d es.     3 . 7 .     O pera t io na l  ph a s es   o f   AI - E E RP   T h e  p r o to co l o p er ates in   f o u r   p h ases :   a.   Setu p   p h ase   -   ML   m o d els in itialized   at  B S   -   C lu s ter in g   p ar am eter s   d ef in e d   -   I n itial f ea tu r e  co llectio n   p er f o r m ed   b.   ML - B ased   p r ed ictio n   p h ase   -   No d es c o m p u te  o r   r ec ei v e  u p d ated   en er g y /lin k   p r ed ictio n s   -   C H  s elec tio n   p r o b ab ilit y   co m p u ted   c.   Ad ap tiv e  clu s ter in g   p h ase   -   No d es jo in   th e  n ea r est C H  b ased   o n   m u lti - cr iter ia  s co r in g   -   C lu s ter   tab les u p d ated   d.   Data   tr an s m is s io n   p h ase   -   C H  ag g r eg ates d ata   -   Mu lti - h o p   r o u tin g   to   B S u s in g   AI - o p tim ized   p ath s   -   R o u n d   co m p letes a n d   en er g y   t ab les u p d ate     3 . 8 .     Adv a nta g es o f   AI - E E R P   T h e  ad v an ta g es  o f   AI - E E R P   in clu d e:   i)   Hig h er   en er g y   ef f ic ien cy   v ia  p r ed ictiv e  r o u tin g ,   ii)  r ed u ce d   p ac k et  lo s s   d u e  to   lin k - q u ality   p r ed ictio n ,   iii)   lo n g er   n et wo r k   life tim e  f r o m   b alan ce d   C H  s elec tio n ,   iv )   f ewe r   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   1 6 ,   No .   3 ,  J u n e   20 2 6 :   1 5 4 3 - 1 5 6 1   1548   re - clu s ter in g   o p er atio n s   co m p ar ed   t o   L E AC H/HE E D ,   an d   v )   s ca lab le  a n d   a d ap tab le   to   d iv er s e  W SN  d ep lo y m e n ts .     3 . 9 .     M a chine  lea rning   a nd   mo del v a lid a t io n    T o   v alid ate  th e  ef f ec tiv en ess   o f   th e  m ac h in e  lear n in g   co m p o n en t,  th e  p r ed ictio n   p e r f o r m an ce   o f   th e  r esid u al  en er g y   m o d el  is   ev alu ated   in d ep e n d en tly   o f   th e   r o u tin g   m ec h an is m .   T h e  r e g r ess io n   m o d el  is   ass es s ed   u s in g   m ea n   ab s o lu te  er r o r   ( MA E ) ,   r o o t  m ea n   s q u ar e  er r o r   ( R MSE ) ,   an d   co ef f icien t  o f   d eter m in atio n   ( R ²) .   T h e  r esu lts   in d icate   th at  th e   m o d el  ac h iev es  lo w  p r ed ict io n   er r o r ,   c o n f ir m in g   its   ca p ab ilit y   to   ac cu r ately   esti m ate  f u tu r e  n o d e  en er g y   lev els  u n d er   d y n a m ic  n etwo r k   co n d itio n s .   Simi lar ly ,   th e  lin k   q u ality   p r ed ictio n   m o d el  is   ev alu ated   u s in g   class if icatio n   m etr ics   s u ch   as  ac cu r ac y   an d   F1 - s co r e,   d em o n s tr atin g   r eliab le  id en tific atio n   o f   s tab le  co m m u n icatio n   lin k s .   T h e s e  r esu lts   co n f ir m   th at  th e  l ea r n in g   c o m p o n en t   p r o v id es m ea n in g f u l p r e d ictiv e  ca p ab ilit y   an d   is   n o t m er ely   a  h eu r is tic  ap p r o x im atio n .     3 . 1 0 .     Co mp uta t io na l  co mp lex it y   a na ly s is   T h e  co m p u tatio n al  co m p lex i ty   o f   th e  p r o p o s ed   AI - E E R P   p r o to co l  is   an aly ze d   to   e v alu ate  its   f ea s ib ilit y   f o r   r eso u r ce - co n s tr ain ed   s en s o r   n o d es.  T h e   c lu s ter - h ea d   s elec tio n   p r o ce s s   o p e r ates  with   a   co m p lex ity   o f   O( N) ,   wh e r e  N  r ep r esen ts   th e  n u m b er   o f   n o d es.  T h e  r o u tin g   d ec is io n   p h ase   in v o lv es  n eig h b o r   ev alu atio n ,   r esu ltin g   in   a  co m p lex ity   o f   O( k ) ,   wh er e   k   is   th e  n u m b er   o f   n eig h b o r in g   n o d es.  T h e  m a ch in e   lear n in g   in f er e n ce   p r o ce s s   is   d esig n ed   to   b e  lig h tweig h t,  with   co n s tan t - tim e  p r ed ictio n   c o m p lex ity   O( 1 )   p e r   n o d e  wh en   u s in g   p r e - tr ain ed   m o d els.  Sin ce   m o d el  tr ain in g   is   p er f o r m e d   at  th e   b ase  s tatio n ,   th e  c o m p u tatio n al  b u r d e n   o n   s en s o r   n o d es  r em a in s   m in im al.   T h er ef o r e,   th e  o v er all  co m p lex ity   o f   th e  p r o t o co l  r em ain s   lin ea r   an d   s u itab le  f o r   lar g e - s ca le  d e p lo y m en ts   with o u t sig n if ican t  co m p u tatio n al  o v er h ea d .       4.   CO M P UT AT I O NAL CO M P L E X I T Y  A NAL YSI S   T h e  co m p u tatio n al   co m p lex ity   o f   A I - E E R P   is   an aly ze d   t o   ev alu ate   its   s u itab ilit y   f o r   r eso u r ce - co n s tr ain ed   s en s o r   n o d es.  T h e   clu s ter - h ea d   s elec tio n   p r o ce s s   o p er ates  with   a  tim e   co m p lex ity   o f   O( N) ,   wh er e  N  is   th e  n u m b e r   o f   n o d es.  T h e  r o u tin g   d ec is io n   p h ase  in v o l v es  ev alu atin g   n eig h b o r in g   n o d es,  r esu ltin g   in   a  co m p lex ity   o f   O( k ) ,   wh er e   k   r ep r esen ts   th e  n u m b e r   o f   n eig h b o r s .   T h e   m ac h in e   lear n in g   i n f er en ce   p r o ce s s   is   d esig n ed   to   b e  lig h tweig h t,   with   co n s tan t - tim e  co m p le x ity   O( 1 )   p er   n o d e  u s in g   p r e - tr ain ed   m o d els.  Sin ce   m o d el  tr ai n in g   is   p er f o r m e d   at   th e  b ase  s tatio n ,   t h e  c o m p u tat io n al  b u r d e n   o n   i n d iv id u al  s en s o r   n o d es  r em ai n s   m in im al.   Ov er all,   th e  p r o p o s ed   p r o to c o l  m ai n tain s   lin e ar   co m p lex ity   a n d   is   s ca la b le  f o r   lar g e - s ca le  d ep lo y m e n ts   with o u t  in tr o d u cin g   s ig n if ican t  co m p u tatio n a l  o v er h ea d .   Alg o r ith m   1   o u tl in es  th e  AI - E E R P - b ased   ad ap tiv e  clu s ter - h ea d   s e lectio n   an d   e n er g y - awa r e  r o u ti n g   p r o ce d u r e.     Alg o r ith m   1 .   AI - E E R P - b ased   ad ap tiv e  clu s ter - h ea d   s elec tio n   an d   e n er g y - awa r e  r o u tin g   p r o ce d u r e   INPUT:        N                     // Number of sensing units        BS                    // Base Station (high compute)        R_max                 // Maximum number of rounds        k_bits                 // Packet size (bits)        E_initial[i]          // energy available at node initialization i        E_elecs, E_amp        // Radio model parameters        alpha, beta, gamma    // Weights for CH_score        lambda, mu, delta      // Weights for Route_score        ML_model_residual     // Trained residual - energy predictor (at BS / edge)        ML_model_link         // Trained link - quality predictor (at BS / edge)     GLOBAL DATA STRUCTURES:        Node[i].E             // Current residual energy        Node[i].pos           // Position of node i        Node[i].neighbours    // Neighbor list (IDs, distances)        ClusterHeads          // Set of elected CH ids each round        ClusterTable          // Cluster membership mapping        RoutingTable          // Next - hop info for CHs     PROCEDURE MAIN()        Initialize nodes 1..N with E_initial, positions, neighbors        BS.train_models(historical_data)    // offline / periodic training          for round=1 to R_max do            // Phase 1: Feature Collection            for each node i in 1..N do                features_i=collect_local_features(i)   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         AI - en a b led   en erg y - a w a r e  r o u tin g   a p p r o a ch   fo r   fu tu r e - w ir eless   s en s o r   n et w o r ks   ( S h a msh er S in g h )   1549                // optionally: nodes send features to BS/edge (compressed)            end for              // Phase 2: Prediction (at BS / Edge or lightweight on - node)            for each node i in 1..N do                E_pred[i]= infer_residual_energy(ML_model_residual, features_i)                LQ_score[i]=infer_link_quality(ML_model_link, features_i)            end for              // Phase 3: Cluster - Head (CH) Selection            ClusterHeads={}            for each node i in 1..N do                CH_score[i]=alpha * normalize(E_pred[i])                               + beta * normalize(LQ_score[i])                              + gamma * normalize(1 / distance(i, BS))            end for            ClusterHeads=select_top_k(CH_score, strategy=”threshold/percentile”)            broadcast_CH_announcement(ClusterHeads)              // Phase 4: Cluster Formation            ClusterTable={}            for every non - CH node j in 1..N do                choose CH c in ClusterHeads that maximizes:                    Join_score=w1 * CH_score[c]  –   w2 * distance(j, c)                ClusterTable[c].append(j)                send_join_request(j, c)            end for              // Phase 5: Intra - cluster Scheduling (TDMA)            for each CH c in ClusterHeads do                generate_TDMA_schedule(ClusterTable[c])                inform_members(ClusterTable[c])            end for              // Phase 6: Data Transmission (Sensing  - > CH  - > BS via multi - hop)            for each time - slot in TDMA do                for each member node m transmitting to its CH c do                    transmit_packet(m, c, k_bits)                    Node[m].E  - = energy_tx(k_bits, distance(m,c))                    Node[c].E  - = energy_rx(k_bits)                end for                // CH aggregates data                for every CH c do                    aggregate_energy=energy_aggregate(k_bits, num_packets)                    Node[c].E  - = aggregate_energy                      // CH selects next hop toward BS                    n e x t _ h op =s e l e c t _ ne x t _ h op ( c ,  C l u s t er H e a d s ,   E_ p r e d ,  L Q _ sc o r e ,  l a m b d a ,   mu ,   d e lt a )                    if next_hop == BS then                        transmit_packet(c, BS, k_bits_agg)                        Node[c].E  - = energy_tx(k_bits_agg, distance(c, BS))                    else                        transmit_packet(c, next_hop, k_bits_agg)                        Node[c].E  - = energy_tx(k_bits_agg, distance(c, next_hop))                    end if                end for            end for              // Phase 7: Energy Update & Node Death Handling            for each node i do                if Node[i].E <= 0 then                    mark_node_dead(i)                end if            end for              // Phase 8: Model Update (Optional)            if (round % model_update_period == 0) then                gather_labeled_samples()                BS.retrain_models(new_data)                distribute_model_updates_if_needed()            end if          end for  // rounds     END PROCEDURE     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   1 6 ,   No .   3 ,  J u n e   20 2 6 :   1 5 4 3 - 1 5 6 1   1550   //  ----------------   Helper Functions  ----------------   FUNCTION collect_local_features(i):        features={            residual_energy: Node[i].E,            energy_history: get_energy_history(i),            neighbor_count: len(Node[i].neighbours),            avg_RSSI: measure_avg_RSSI(i),            PDR: measure_packet_delivery_ratio(i),            dist_to_BS: distance(i, BS),            buffer_occupancy: Node[i].buffer_size        }        return features   END FUNCTION     FUNCTION infer_residual_energy(model, features):         / /   I f  o n - n o de   i n fe r e n ce   i s   h e av y ,   u se   c o mp r e s s ed   m o d e l   or   r e q ue s t   pr e d i c ti o n   f r o m  B S / e d ge        return model.predict(features)   END FUNCTION     FUNCTION infer_link_quality(model, features):        return model.predict(features)   END FUNCTION     FUNCTION energy_tx(k, d):        // First - order radio model (use threshold if required)        if d < d0 then            return E_elecs * k + E_amp_fs * k * d^2        else            return E_elecs * k + E_amp_mp * k * d^4        end if   END FUNCTION     FUNCTION energy_rx(k):        return E_elecs * k   END FUNCTION     FUNCTION select_next_hop(c, CH_set, E_pred, LQ_score, lambda, mu, delta):        best_score= - inf        best_node=BS  // default to BS if direct is best        for each candidate h in CH_set U {BS} where h != c do            dist=distance(c, h)            score=lambda * normalize(E_pred[h]) + mu * normalize(LQ_score[h])  –   delta *  normalize(dist)            if score > best_score and Node[h] is alive then                best_score=score                    best_node=h            end if        end for        return best_node   END FUNCTION     FUNCTION select_top_k(CH_score, strategy):        // Strategy may be: fixed percentage, score threshold, or dynamic number based on N        // Example: choose top P% of nodes by CH_score        sorted_nodes=sort_descending(CH_score)        k= ceil(P_percent * N)        return sorted_nodes[1..k]   END FUNCTION   FUNCTION normalize(x):        // map x to [0,1] using min - max normalization across available values        return (x  –   min_val)/(max_val  –   min_val + epsilon)   END FUNCTION       5.   SI M UL A T I O N  SE T UP   5 . 1 .     Sim ula t io n o bje ct iv es   T h e  m ain   g o al  o f   th e  s im u latio n   s tu d y   is   to   ev alu ate  th e  ef f ec tiv en ess   o f   th e  p r o p o s ed   AI - E n ab led   m eth o d   u n d e r   v a r y in g   n etwo r k   co n d itio n s   in   co m p a r is o n   wi th   p r o m in en t  b aselin e  s ch em e s ,   n am ely   L E AC H,   HE E D,   an d   PEGA SIS.   T h e  p er f o r m a n ce   ass ess m en t  is   ca r r ied   o u t   co n s id er i n g   t h e  f o llo win g   k e y   ev al u atio n   m etr ics:   i)   s y s tem   life tim e,   m e asu r ed   u s in g   th e   f ir s t  n o d e  d e ath   ( FND) ,   h al f   n o d e   d ea th   ( H ND) ,   an d   last   n o d e   d ea th   ( L ND) ,   ii)  a v er ag e   r esid u al  en er g y   v a r iatio n   ac r o s s   s im u latio n   r o u n d s ,   iii)  p ac k et  d eliv er y   r atio   ( PDR ) ,  iv )   t h r o u g h p u t  a n d   av er ag e   en d - to - en d   d elay ,   v )   r o u tin g   a n d   co n tr o l  p ac k et  o v er h ea d ,   a n d   v i)   e n er g y   f air n ess ,   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         AI - en a b led   en erg y - a w a r e  r o u tin g   a p p r o a ch   fo r   fu tu r e - w ir eless   s en s o r   n et w o r ks   ( S h a msh er S in g h )   1551   ev alu ated   u s in g   th e  u n e v en n e s s   in   r esid u al  en er g y   d is tr ib u tio n .   C o llectiv ely ,   th ese  m etr ic s   p r o v id e  a  h o lis tic  ev alu atio n   o f   en er g y   ef f icien c y ,   r o u tin g   r eliab ilit y ,   an d   th e  o v er all  p er f o r m an ce   o f   th e   n et wo r k .     5 . 2 .     NS - 3  mo du les a nd   f un ct io na l c o mp o nents   T h e  s im u latio n   e n v ir o n m en t   is   d ev elo p e d   u s in g   th e  NS - 3   n etwo r k   s im u lato r ,   in c o r p o r atin g   th e   f o llo win g   co r e  m o d u les an d   f e atu r es:   a.   T h e  co r e,   n etwo r k ,   I n ter n et,   an d   Wi - Fi   m o d u les  ar e  em p lo y ed   f o r   n o d e  cr ea tio n ,   p r o to co l  s tack   co n f ig u r atio n ,   wir eless   co m m u n icatio n ,   a n d   UDP/TCP   tr af f ic  g en er atio n .   b.   T h e  NS - 3  en er g y   f r am ewo r k ,   in clu d in g   th e  B a s icE n er g yS o u r ce   an d   Dev iceE n er g yMo d el ,   is   u tili ze d   to   ac cu r ately   m o d el  en er g y   co n s u m p tio n   d u r i n g   tr a n s m is s io n ,   r ec ep tio n ,   i d le  lis ten in g ,   an d   d ata  ag g r eg atio n   p r o ce s s es.   c.   T h e  m o b ilit y   m o d u le   is   i n cl u d ed   t o   s u p p o r t   s e m i - d y n a m i c  o r   m o b il e  cl u s te r - h ea d   s ce n ar io s   wh e n   r e q u ir ed .   d.   T h e  tr ac in g   an d   f lo w  m o n ito r   u tili ties   ar e  u s ed   to   r ec o r d   an d   an aly ze   k e y   m ea s u r es  o f   p ac k et  d eliv er y   r atio ,   th r o u g h p u t,  a n d   en d - to - e n d   d elay .   e.   Ad d itio n ally ,   o p tio n al  m o d el - u p d ate  r o u tin es  ar e   in co r p o r a ted   with in   th e  s im u latio n   s cr ip t  to   em u late  b ase - s tatio n - ass is ted   tr ain in g   an d   p er i o d ic  d is tr ib u tio n   o f   AI   p r ed ictio n   p ar am eter s .     5 . 3 .     Sim ula t io n pa ra met er s   T h e  s im u latio n   en v i r o n m e n t  a n d   ex p e r im en tal  co n f ig u r atio n   u s ed   to   ev alu ate  th e   p r o p o s ed   AI - E E R P   p r o to co l   ar e  s u m m ar ized   in   T ab le  1 .   T h e   lis ted   p ar a m eter s   d ef in e  t h e  n etwo r k   s ettin g s ,   co m m u n icatio n   m o d el,   tr af f ic  co n d itio n s ,   a n d   en er g y - r elate d   c o n f i g u r atio n s   em p lo y ed   d u r i n g   th e  NS - 3   s im u latio n s .       T ab le   1 .   Simu latio n   p ar am eter s   u s ed   in   NS - 3  ex p e r im en ts   P a r a me t e r   V a l u e   N o t e s   S i mu l a t o r   NS - 3   ( l a t e s t   s t a b l e   /   d e v )   B u i l d   w i t h   . / w a f   c o n f i g u r e   -- e n a b l e - e x a m p l e s  -- e n a b l e - t e st s.   A r e a   ( m² )   1 0 0 × 1 0 0   A d j u st   f o r   d e n si t y   e x p e r i m e n t s   N o d e   c o u n t s   5 0 ,   1 0 0 ,   2 0 0   R u n   e x p e r i me n t s   f o r   m u l t i p l e   d e n s i t i e s   B a se   S t a t i o n   l o c a t i o n   C e n t e r   o r   o u t s i d e   ( e . g . ,   ( 1 5 0 , 1 5 0 ) )   T e st   b o t h   i n t e r i o r   a n d   e x t e r i o r   B S   c a s e s   I n i t i a l   e n e r g y   p e r   n o d e   2   J ( t y p i c a l )   T u n e   p e r   e x p e r i m e n t   R a d i o   m o d e l   8 0 2 . 1 1   ( o r   s i mp l i f i e d   r a d i o )   U se  Wi - Fi   P H Y /   M A C   o r   a   s i mp l e   c u st o m   M A C   i f   d e si r e d .   Tx / R x   e n e r g y   p a r a ms   E_ e l e c / E _ a m p   p e r   y o u r   f i r st - o r d e r   m o d e l   M a p   t o   N S - 3 ’ s   D e v i c e E n e r g y M o d e l   p a r a me t e r s.   P a c k e t   si z e   6 4   B   ( sen si n g ) / a g g r e g a t e d   si z e   v a r i a b l e     P a c k e t   g e n e r a t i o n   P o i ss o n / p e r i o d i c   ( e . g . ,   e v e r y   5   s)   R u n   l i g h t   a n d   h e a v y   t r a f f i c   t e s t s   S i mu l a t i o n   t i me   3 6 0 0   s ( o r   r o u n d s   b a se d :   1 0 0 0   r o u n d s )   C h o o se  c o n s i st e n t   s t o p p i n g   c r i t e r i a   C h a n n e l   m o d e l   Lo g - d i st a n c e / F r i i s   U se  l i n k   m o d e l s a v a i l a b l e   i n   NS - 3   M o b i l i t y   S t a t i c   ( o r   r a n d o m   w a y p o i n t   f o r   mo b i l e   t e st )   I f   t e st i n g   sem i - d y n a mi c   n e t w o r k s   N u mb e r   o f   r u n s   ≥   1 0   s e e d s   A v e r a g e   r e su l t s   w i t h   9 5 %   C I       6.   E XP E R I M E N T A L   DE SI G N   T h e  ex p e r im en tal  ev alu atio n   o f   th e  p r o p o s ed   AI - E E R P   is   ca r r ied   o u t  u s in g   a   co n tr o lled   s im u latio n   en v ir o n m en t  d ev el o p ed   i n   th e  NS - 3   n etwo r k   s im u lato r .   T h e  ex p er im en tal  d esig n   is   s tr u ctu r ed   to   en s u r e  a  f air ,   r ep ea tab le,   an d   s tatis tically   r eliab le  co m p ar is o n   b etwe en   AI - E E R P   an d   th e  b e n ch m ar k   r o u tin g   p r o to co ls   L E AC H,   HE E D,   an d   PEGA SIS.   A   s q u ar e  s en s in g   with   m o n ito r in g   r eg i o n   o f   1 0 0   m × 1 0 0   m   i s   co n s id er ed   f o r   all  ex p er im e n ts .   Sen s o r   n o d es  ar e  r an d o m ly   p o s itio n e d   with in   th is   r eg io n   to   s im u late  an   u n s tr u ctu r ed   W SN.  Net wo r k   d en s ity   ef f ec ts   ar e  an aly ze d   b y   c o n f ig u r in g   t h e  to tal  n u m b e r   o f   s en s o r   n o d es  to   5 0 ,   1 0 0 ,   an d   2 0 0   in   d if f e r en t  s ce n ar io s .   T h e   b ase  s tatio n   ( B S)  is   lo ca ted   eith er   at  th e  ce n ter   o f   th e  s en s i n g   f ield   o r   o u ts id e  th e  n etwo r k   b o u n d ar y   ( e. g . ,   at   co o r d in ates ( 1 5 0 , 1 5 0 ) )   to   e v al u ate  b o th   s h o r t - r a n g e  an d   lo n g - r an g e  c o m m u n icatio n   s ce n ar i o s .   E ac h   s en s o r   n o d e   is   ass u m ed   to   h a v e  an   in itial  en er g y   ca p ac ity   o f   2   jo u les,  r ep r esen tin g   a  ty p ical   b atter y - p o wer ed   s en s in g   d ev i ce .   T h e  wir eless   co m m u n icatio n   s u b s y s tem   is   m o d eled   u s in g   an   I E E E   8 0 2 . 1 1 - b ased   r ad io   m o d el  o r   a  s im p lifie d   wir eless   in ter f ac e  wh en   co m p u tatio n al  ef f icien cy   is   r eq u ir ed .   T h e  tr an s m is s io n   an d   r ec ep tio n   u tili za tio n   o f   en er g y   is   ca lcu l ated   u s in g   th e  s tan d ar d   an d   b asic  r ad io   en er g y   m o d el,   wh er e  p ar am eter s   E _ elec   an d   E _ a mp   ar e  m ap p ed   d ir ec tly   to   th e  NS - 3  d e v ice   en er g y   m o d el  f o r   r ea lis tic  en er g y   d is s ip atio n   d u r in g   d ata  tr a n s m is s io n ,   r ec ep ti o n ,   id le  lis ten in g ,   a n d   a g g r e g a tio n .   Data   p ac k ets  o f   s ize  6 4   b y tes  ar e  g en er ated   p e r io d ically   b y   s en s o r   n o d es,  wh ile  ag g r e g ated   p ac k et   s izes  at  clu s ter   h ea d s   v ar y   d e p en d in g   o n   th e  n u m b e r   o f   m em b er   n o d es.  T r af f ic  g en er ati o n   f o llo ws  eith er   a  Po is s o n   d is tr ib u tio n   o r   a  f ix ed   p er io d ic  r ate  ( e. g . ,   o n e  p a ck e t  ev er y   5   s ec o n d s )   to   s u p p o r t  b o th   lig h t - lo a d   an d   h ea v y - lo a d   n etwo r k   co n d itio n s .   E ac h   s im u latio n   r u n s   f o r   a  m ax im u m   d u r atio n   o f   3 , 6 0 0   s ec o n d s   o r   eq u iv alen tly   1 , 0 0 0   o p er atio n al   r o u n d s ,   d ep e n d in g   o n   t h e  ev al u atio n   s ce n ar io .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   1 6 ,   No .   3 ,  J u n e   20 2 6 :   1 5 4 3 - 1 5 6 1   1552   T h e  lo g - d is tan ce   p ath   lo s s   m o d el  is   u s ed   to   r ep r esen t  th e  wir eless   ch an n el  co n d itio n s   o r   th e  Friis  p r o p a g atio n   m o d el   to   ca p tu r e  r ea lis tic  s ig n al  atten u atio n   ch ar ac ter is tics .   B y   d ef au lt,   al l  s en s o r   n o d es  a r e   ass u m ed   to   b e  s tatic,   wh ile   o p tio n al  ex p er im e n ts   em p lo y   th e  R an d o m   W ay p o in t  m o b ilit y   m o d el  to   ev alu ate   s em i - d y n am ic  n etwo r k   b e h av i o r .   T o   en s u r e   s tatis tical  ac cu r ac y   an d   r e p ea tab ilit y ,   ea ch   ex p er im en t  is   e x ec u ted   u s in g   at  least  1 0   in d ep en d en t  r an d o m   s ee d s .   T h e  r ep o r ted   r esu lts   r ep r esen t  th e  m ea n   v alu es  with   a  9 5 %  c o n f id en ce   in ter v al.   Per f o r m an ce   cr iter ia   s u ch   as   n etwo r k   life tim e,   p ac k et   d eliv e r y   r atio ,   th r o u g h p u t,  d elay ,   r o u tin g   o v er h ea d ,   an d   en er g y   f ai r n ess   ar e  c o m p u te d   u s in g   t h e  b u ilt - in   NS - 3  f lo w   m o n ito r   an d   e n er g y   f r am ew o r k   tr ac i n g   u tili ties .   T h is   ex p er im en tal  d esig n   e n s u r es  a  r ig o r o u s   a n d   u n b iased   ass ess m en t  o f   AI - E E R P   u n d er   d iv er s e  n etwo r k   co n d itio n s   a n d   estab lis h es  a  s tr o n g   f o u n d atio n   f o r   p er f o r m a n ce   co m p ar is o n   with   c o n v e n tio n al  W SN  r o u tin g   p r o to co ls .       7.   E VA L UA T I O N  P ARA M E T E RS   T o   in v esti g ate  th e  p er f o r m a n ce   ch ar ac ter is tics   o f   th e  p r o p o s ed   AI - E E R P ,   a  s et  o f   well - estab lis h ed   ev alu atio n   m etr ics  co m m o n l y   u s ed   in   W SN  r esear ch   i s   e m p lo y ed .   T h ese  m etr ics  co lle ctiv ely   ca p tu r e  k ey   asp ec ts   o f   n etwo r k   b eh av io r ,   i n clu d in g   en er g y   u tili za tio n ,   o p er atio n al  life s p an ,   co m m u n ica tio n   r eliab ilit y ,   an d   r o u tin g   ef f icien cy .   E ac h   m e tr ic  is   d escr ib ed   b elo w  alo n g   with   its   s ig n if ican ce   in   ev alu atin g   r o u tin g   p er f o r m an ce .     7 . 1 .     Net w o rk  life t ime   Netwo r k   life tim e  r ep r esen ts   th e  p er io d   f o r   wh ic h   a  W SN  r em ain s   f u n ctio n al  a n d   ca p ab le  o f   p er f o r m in g   s en s in g   an d   d ata   tr an s m is s io n   task s .   Sin ce   s en s o r   n o d es  o p e r ate  o n   lim i ted   b atter y   p o wer ,   n etwo r k   life tim e  is   a  p r im e  p ar am eter   o f   r o u tin g   p er f o r m a n ce .   I n   th is   s tu d y ,   n etwo r k   life tim e  is   ev alu ated   u s in g   th r ee   wid ely   ad o p ted   in d icato r s :   a.   First  n o d e  d ea th   ( FND) :  T h e  s im u latio n   lo o p   at  wh ich   th e   in itial sen s o r   n o d e  d e p letes its   e n er g y   s u p p ly .   b.   Half   n o d e  d ea t h   ( HND) :  T h e  lo o p   at  wh ich   a p p r o x im at ely   5 0 %  o f   th e  s en s o r   n o d e s   b ec o m e  n o n - o p er atio n al.   c.   L ast  n o d e  d ea th   ( L ND) :  T h e  r o u n d   w h en   th e  last   ac tiv e  n o d e  in   th e  n etwo r k   r u n s   o u t  o f   en er g y .   T o g eth er ,   th ese  m ea s u r es  r ef l ec t  h o w  lo n g   t h e  n etwo r k   r e m ain s   s tab le,   r o b u s tn ess ,   an d   o v er all  o p er atio n al  lo n g ev ity ,   an d   ar e  c o m m o n ly   u s ed   to   co m p ar e  th e  ef f ec tiv e n ess   o f   en er g y - awa r e  r o u tin g   p r o to co ls .     7 . 2 .     Co un t   o f   a c t iv e  no des   per   lo o p   T h is   p ar am eter   tr ac k s   h o w  m an y   s en s o r   n o d es  r em ain   ac tiv e  d u r in g   ea c h   s im u latio n   r o u n d .   I t  g iv es  in s ig h t  in to   lo ad   b alan cin g ,   r o u tin g   f air n ess ,   an d   clu s ter - h ea d   s elec tio n   ef f icien cy .  A   s l o w  d ec lin e  in   aliv e  n o d es in d icate s   b etter   en er g y   d is tr ib u tio n   ac r o s s   th e  n etwo r k .     7 . 3 .     E nerg y   c o ns um ptio n a n d r esi du a l e nerg y   R esid u al  en er g y   m ea s u r es h o w  m u ch   en er g y   r em ai n s   in   th e   n etwo r k   at  ea c h   r o u n d :       (  ) = ∑ = 1 (  )     w h er e   (  ) :  en er g y   r em ai n in g   in   n o d e   i .   T r ac k i n g   r esid u al  e n e r g y   h el p s   d eter m i n e:   e f f ec tiv en ess   o f   ML - b ased   p r ed ictio n ,   e f f icien cy   o f   C H  s elec t io n ,   an d   r ed u ctio n   in   co m m u n icatio n   o v er h ea d .  L o wer   en er g y   d is s ip atio n   p er   r o u n d   s ig n if ies th at  AI - E E R P   s u cc ess f u lly   co n s er v es e n er g y .     7 . 4 .     P a cket   deliv er y   ra t io   P a c k e t   d e li v e r y   r a t i o   ( P DR )   m e a s u r e s   t h e   d e p e n d a b i l it y   o f   s en d i n g   d a t a   p a c k e t s   f r o m   n o d e s   t o   t h e   B S :     =                                     A   h ig h er   PDR   in d icate s :   s ta b le  r o u tin g ,   im p r o v e d   lin k - q u ality   p r ed ictio n ,   an d   f ewe r   p ac k et  d r o p s   d u r in g     CH - to - B S c o m m u n icatio n .  AI - E E R P   tar g ets im p r o v ed   PDR   th r o u g h   p r e d ictiv e  lin k - q u ality   esti m atio n .     7 . 5 .     T hr o ug hp ut   T h r o u g h p u t q u a n tifie s   th e  s u cc ess f u l d ata  r ate  r ec eiv ed   at  t h e  B S:   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.