Оптимізація алгоритму LEACH у виборі кластерних голів, заснована на залишковій енергії в бездротових сенсорних мережах

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.298268

Ключові слова:

кластерна головка, мережа датчиків, алгоритм вилуговування, оптимізація енергії, час роботи батареї

Анотація

Об’єктом дослідження є алгоритм LEACH (Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy) в контексті бездротових сенсорних мереж. Проблема в цьому дослідженні полягає в дисбалансі споживання енергії між кластерами, який впливає на час роботи батареї та впливає на продуктивність мережі. Інші проблеми включають вибір голови кластера, який не сфокусований, тому важко збалансувати продуктивність мережі, а також обчислювальні обмеження, які потребують оптимізації. Отримані результати представлені у формі оптимізації алгоритму вимивання шляхом модифікації алгоритму вимивання на основі кластеризації, який буде використовуватися в бездротових сенсорних мережах.

Здійснюючи модифікації, це дослідження використовує кілька етапів у процесі вибору сенсорних вузлів, які стануть членами, що функціонуватимуть як голови кластера в кластері, який використовуватиметься в бездротовій сенсорній мережі. В алгоритмі LEACH (Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy) голова кластера буде обрана на основі модифікованого значення ймовірності. Модифікація алгоритму шляхом врахування двох факторів, а саме відстані та залишку енергії, що використовується в процесі вибору керівника кластера в мережі, і збільшення часу використання мережі має базуватися на споживанні енергії, а потім порівнюватись із залишком енергії. Змінюючи алгоритм LEACH (Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy), потрібно звернути увагу на коефіцієнт відстані між вузлами датчика та вибраним кластером, щоб це могло призвести до підвищення продуктивності мережі. Тривалість життя мережі вказується середнім часом смерті першого вузла в мережі.

Це дослідження є новим у створенні модифікованого алгоритму вилуговування шляхом покращення продуктивності мережі та подовження терміну служби батареї, щоб його можна було використовувати для бездротових сенсорних мереж у контексті пом’якшення стихійних лих

Біографії авторів

Ferry Fachrizal, Universitas Sumatera Utara

Master of Computer

Department of Computer Science

Muhammad Zarlis, BINUS University

Master of Computer

Department of Information System Management

Poltak Sihombing, Universitas Sumatera Utara

Master of Computer

Department of Computer Science

Suherman Suherman, Universitas Sumatera Utara

Master of Computer

Department of Computer Science

Посилання

  1. Wu, F., Wu, T., Yuce, M. R. (2019). Design and Implementation of a Wearable Sensor Network System for IoT-Connected Safety and Health Applications. 2019 IEEE 5th World Forum on Internet of Things (WF-IoT). https://doi.org/10.1109/wf-iot.2019.8767280
  2. Liu, J., Zhao, Z., Ji, J., Hu, M. (2020). Research and application of wireless sensor network technology in power transmission and distribution system. Intelligent and Converged Networks, 1 (2), 199–220. https://doi.org/10.23919/icn.2020.0016
  3. Swamy, S. N., Jadhav, D., Kulkarni, N. (2017). Security threats in the application layer in IOT applications. 2017 International Conference on I-SMAC (IoT in Social, Mobile, Analytics and Cloud) (I-SMAC). https://doi.org/10.1109/i-smac.2017.8058395
  4. Shivalingagowda, C., Ahmad, H., Jayasree, P. V. Y., Sah, D. K. (2021). Wireless Sensor Network Routing Protocols Using Machine Learning. Lecture Notes in Networks and Systems, 99–120. https://doi.org/10.1007/978-981-16-0386-0_7
  5. Khutsoane, O., Isong, B., Gasela, N., Abu-Mahfouz, A. M. (2020). WaterGrid-Sense: A LoRa-Based Sensor Node for Industrial IoT Applications. IEEE Sensors Journal, 20 (5), 2722–2729. https://doi.org/10.1109/jsen.2019.2951345
  6. Ertam, F., Kilincer, I. F., Yaman, O., Sengur, A. (2020). A New IoT Application for Dynamic WiFi based Wireless Sensor Network. 2020 International Conference on Electrical Engineering (ICEE). https://doi.org/10.1109/icee49691.2020.9249771
  7. Yahya, O. H., Alrikabi, H., Aljazaery, I. A. (2020). Reducing the Data Rate in Internet of Things Applications by Using Wireless Sensor Network. International Journal of Online and Biomedical Engineering (IJOE), 16 (03), 107. https://doi.org/10.3991/ijoe.v16i03.13021
  8. Mejjaouli, S., Babiceanu, R. F. (2015). RFID-wireless sensor networks integration: Decision models and optimization of logistics systems operations. Journal of Manufacturing Systems, 35, 234–245. https://doi.org/10.1016/j.jmsy.2015.02.005
  9. You, G., Zhu, Y. (2020). Structure and Key Technologies of Wireless Sensor Network. 2020 Cross Strait Radio Science & Wireless Technology Conference (CSRSWTC). https://doi.org/10.1109/csrswtc50769.2020.9372727
  10. Zhihui, H. (2015). Research on WSN Routing Algorithm Based on Energy Efficiency. 2015 Sixth International Conference on Intelligent Systems Design and Engineering Applications (ISDEA). https://doi.org/10.1109/isdea.2015.178
  11. Jin, Z., Jian-Ping, Y., Si-Wang, Z., Ya-Ping, L., Guang, L. (2009). A Survey on Position-Based Routing Algorithms in Wireless Sensor Networks. Algorithms, 2 (1), 158–182. https://doi.org/10.3390/a2010158
  12. Bendjeddou, A., Laoufi, H., Boudjit, S. (2018). LEACH-S: Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy for Sensor Network. 2018 International Symposium on Networks, Computers and Communications (ISNCC). https://doi.org/10.1109/isncc.2018.8531049
  13. Mittal, N., Singh, U., Salgotra, R. (2019). Tree-Based Threshold-Sensitive Energy-Efficient Routing Approach For Wireless Sensor Networks. Wireless Personal Communications, 108 (1), 473–492. https://doi.org/10.1007/s11277-019-06413-y
  14. Fallo, K., Wibisono, W., Pamungkas, K. N. P. (2019). Pengembangan mekanisme grid based clustering untuk peningkatan kinerja LEACH pada lingkungan Wireless Sensor Network. Register: Jurnal Ilmiah Teknologi Sistem Informasi, 5 (2), 164. https://doi.org/10.26594/register.v5i2.1708
  15. Bhola, J., Soni, S., Cheema, G. K. (2019). Genetic algorithm based optimized leach protocol for energy efficient wireless sensor networks. Journal of Ambient Intelligence and Humanized Computing, 11 (3), 1281–1288. https://doi.org/10.1007/s12652-019-01382-3
  16. Jan, B., Farman, H., Javed, H., Montrucchio, B., Khan, M., Ali, S. (2017). Energy Efficient Hierarchical Clustering Approaches in Wireless Sensor Networks: A Survey. Wireless Communications and Mobile Computing, 2017, 1–14. https://doi.org/10.1155/2017/6457942
  17. Palan, N. G., Barbadekar, B. V., Patil, S. (2017). Low energy adaptive clustering hierarchy (LEACH) protocol: A retrospective analysis. 2017 International Conference on Inventive Systems and Control (ICISC). https://doi.org/10.1109/icisc.2017.8068715
  18. Kumar, V., Malik, N., Dhiman, G., Lohani, T. K. (2021). Scalable and Storage Efficient Dynamic Key Management Scheme for Wireless Sensor Network. Wireless Communications and Mobile Computing, 2021, 1–11. https://doi.org/10.1155/2021/5512879
  19. Cheikh, M., Simpson, O., Sun, Y. (2017). Energy efficient relay selection method for clustered wireless sensor network. In Proceedings of European Wireless 2017.
  20. Wu, M., Li, Z., Chen, J., Min, Q., Lu, T. (2022). A Dual Cluster-Head Energy-Efficient Routing Algorithm Based on Canopy Optimization and K-Means for WSN. Sensors, 22 (24), 9731. https://doi.org/10.3390/s22249731
  21. Cho, J. H., Lee, H. (2020). Dynamic Topology Model of Q-Learning LEACH Using Disposable Sensors in Autonomous Things Environment. Applied Sciences, 10 (24), 9037. https://doi.org/10.3390/app10249037
  22. Sharmin, S., Ahmedy, I., Md Noor, R. (2023). An Energy-Efficient Data Aggregation Clustering Algorithm for Wireless Sensor Networks Using Hybrid PSO. Energies, 16 (5), 2487. https://doi.org/10.3390/en16052487
  23. Tadros, C. N., Shehata, N., Mokhtar, B. (2023). Unsupervised Learning-Based WSN Clustering for Efficient Environmental Pollution Monitoring. Sensors, 23 (12), 5733. https://doi.org/10.3390/s23125733
  24. Khalifeh, A., Abid, H., Darabkh, K. A. (2020). Optimal Cluster Head Positioning Algorithm for Wireless Sensor Networks. Sensors, 20 (13), 3719. https://doi.org/10.3390/s20133719
  25. Wang, J., Zhang, Z., Xia, F., Yuan, W., Lee, S. (2013). An Energy Efficient Stable Election-Based Routing Algorithm for Wireless Sensor Networks. Sensors, 13 (11), 14301–14320. https://doi.org/10.3390/s131114301
  26. Koyuncu, H., Tomar, G. S., Sharma, D. (2020). A New Energy Efficient Multitier Deterministic Energy-Efficient Clustering Routing Protocol for Wireless Sensor Networks. Symmetry, 12 (5), 837. https://doi.org/10.3390/sym12050837
Оптимізація алгоритму LEACH у виборі кластерних голів, заснована на залишковій енергії в бездротових сенсорних мережах

##submission.downloads##

Опубліковано

2024-02-28

Як цитувати

Fachrizal, F., Zarlis, M., Sihombing, P., & Suherman, S. (2024). Оптимізація алгоритму LEACH у виборі кластерних голів, заснована на залишковій енергії в бездротових сенсорних мережах. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1(9 (127), 14–21. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.298268

Номер

Том 1 № 9 (127) (2024): Інформаційно-керуючі системи

Розділ

Інформаційно-керуючі системи

Ліцензія

Авторське право (c) 2024 Ferry Fachrizal, Muhammad Zarlis, Poltak Sihombing, Suherman Suherman

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.